(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測点に設けられた観測点アンテナと、
前記観測点アンテナから受信した衛星信号の搬送波位相情報を取得する第１の衛星信号受信機と、
位置が既知である点に設けられた既知点アンテナから受信した衛星信号の搬送波位相情報を取得する第２の衛星信号受信機と、
を備え、
前記第１の衛星信号受信機が取得した搬送波位相情報と、前記第２の衛星信号受信機が取得した搬送波位相情報と、既知点アンテナが設けられている既知の位置とに基づく干渉測位によって、前記観測点の測位を行う測位装置において、
複数の観測点に設けられた複数の観測点アンテナのうちのいずれか一つを選択して前記第１の衛星信号受信機に接続するアンテナ切り替え手段を備え、
前記アンテナ切り替え手段が前記複数の観測点アンテナのうちの一つである先選択観測点アンテナを選択している状態において当該先選択観測点アンテナとは別の観測点アンテナを選択するときに、前記先選択観測点アンテナから受信した衛星信号に含まれる、搬送波位相情報の取得を再開するための追尾状態情報を記憶手段に記憶し、
前記アンテナ切り替え手段が前記先選択観測点アンテナを再度選択したときには、前記記憶手段に記憶されている追尾状態情報に基づいて、前記先選択観測点アンテナから受信した衛星信号の搬送波位相情報の取得を再開することを特徴とする測位装置。
【請求項２】
請求項１に記載の測位装置において、
前記アンテナ切り替え手段が前記先選択観測点アンテナを再度選択したときに、前記記憶手段に記憶されている追尾状態情報に基づいて、前記先選択観測点アンテナから受信した衛星信号の搬送波位相情報の取得を再開することが不可能である場合には、前記先選択観測点アンテナが設けられている観測点に測位可能な範囲を超える変位があったものと判断することを特徴とする測位装置。
【請求項３】
請求項２に記載の測位装置において、
前記先選択観測点アンテナが設けられている観測点に測位可能な範囲を超える変位があったものと判断した場合には、警報手段を動作させることを特徴とする測位装置。
【請求項４】
観測点に設けられた観測点アンテナと、
前記観測点アンテナから受信した衛星信号の搬送波位相情報を取得する第１の衛星信号受信機と、
位置が既知である点に設けられた既知点アンテナから受信した衛星信号の搬送波位相情報を取得する第２の衛星信号受信機と、
を備え、
前記第１の衛星信号受信機が取得した搬送波位相情報と、前記第２の衛星信号受信機が取得した搬送波位相情報と、既知点アンテナが設けられている既知の点の位置とに基づく干渉測位によって、前記観測点の測位を行う測位装置において、
複数の観測点に設けられた複数の観測点アンテナのうちのいずれか一つを選択して前記第１の衛星信号受信機に接続するアンテナ切り替え手段を備え、
前記アンテナ切り替え手段は、前記複数の観測点アンテナのそれぞれを間欠的に前記第１の衛星信号受信機に接続し、
前記測位装置は、前記複数の観測点アンテナのうち前記衛星信号の搬送波位相情報を取得することが不可能な観測点アンテナがあった場合には、当該観測点アンテナが設けられている観測点に測位可能な範囲を超える変位があったものと判断することを特徴とする測位装置。
【請求項５】
請求項４に記載の測位装置であって、
前記衛星信号は、ＧＰＳ衛星から送信される信号であり、
前記アンテナ切り替え手段は、前記第１の衛星信号受信機に接続されていない時間が数ｍｓから数１０ｍｓとなるよう、前記複数の観測点アンテナのそれぞれを間欠的に前記第１の衛星信号受信機に接続することを特徴とする測位装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の測位装置において、
前記衛星信号の搬送波位相情報を取得することが不可能な観測点アンテナが設けられている観測点に測位可能な範囲を超える変位があったものと判断した場合には、警報手段を動作させることを特徴とする測位装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の測位装置において、
前記複数の観測点アンテナのそれぞれから受信した衛星信号をそれぞれ低周波信号に変換する複数のダウンコンバータと、
前記複数のダウンコンバータの出力信号を前記アンテナ切り替え手段にそれぞれ伝送する複数の接続ケーブルと、
を備えることを特徴とする測位装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば複数地点の地盤の変動（地滑り，岩石落下等）を監視するために使用するＧＰＳで干渉測位を行う測位装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地滑り等の監視には、初期微動を確実に検出して早期に警報を出力する必要がある。従って近年では地滑り等の監視に、地盤のｃｍオーダーの変動の検出が可能な、ＧＰＳ衛星信号からの搬送波を利用して干渉測位を行う測位装置が用いられている。
このような測位装置には、例えば特開平８−１４６１１２号公報「測位システム」（以下、先行技術と称す）がある。
【０００３】
図４は、上述の先行技術を説明するための装置構成の概略を示す図である。
図４に示すように、地滑り等を観測したい複数の観測点Ａ，Ｂ，Ｃに、各々１台づつ衛星信号受信機２Ａ，２Ｂ，２Ｃを設置し、別の予めその位置（緯度，経度，高度）が既知の地点Ｄに衛星信号受信機２Ｄを設置する。
各々の受信機２Ａ〜２Ｄは、各地点における衛星信号搬送波の位相等を測定し、その情報を位置計算装置１０へ送出する。
位置計算装置１０では、既知点Ｄ上に設置した衛星信号受信機２Ｄの搬送波位相，既地点の位置情報や衛星の軌道情報と、各観測点Ａ〜Ｃにおける搬送波位相の情報を基に、各観測点の位置（地盤の高度）をリアルタイムに検出する。
従って地滑り等により観測点の位置に変動があった場合、直ちにこれを検出し、警報等を発する構成とできる。
【０００４】
なお、ＧＰＳによる干渉測位法で位置検出を行う場合、各地点の搬送波位相と搬送波サイクル数の情報とが必要であるが、各受信機では搬送波位相しか測定できないため、いわゆる整数アンビギュイティの決定が必要であり、図４に示す測位装置では、衛星の移動に伴う搬送波位相の変化により搬送波サイクル数を決定している。
この搬送波サイクルの決定は、Ｌ１波またはＬ２波のみ受信する１周波受信機の場合、通常数１０分程度の時間が必要になるが、常時衛星が観測できる地点に設置された各受信機２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄは衛星からの搬送波を連続受信して衛星の追尾が行えるため、搬送波サイクル数の決定は測位開始時のみ行えば良く、従って測位開始時点を除いてその後は観測点のリアルタイムな測位が可能となる。
なお、干渉測位法および衛星の移動を利用した搬送波サイクル数の決定は公知技術であり、例えば「社団法人  日本測量協会偏  ＧＰＳ測量の基礎」等で詳細に説明されているので、ここではその説明は省略する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような先行技術に開示された測位装置では、既地点の他に各観測点にそれぞれに高価な衛星信号受信機を設置しているため、装置全体が高価になる。
また観測点には人間の往来が不自由な場所が存在するので観測点に設置する機器は太陽電池等で動作させることが望ましいが、受信機の消費電力が大きいため、大規模な太陽電池等が必要になり、観測点に設置する装置が大型化すると共に、これにより装置全体も更に高価になる等の問題がある。
【０００６】
従ってＬ１波とＬ２波の２周波を用い、搬送波サイクルの決定を短時間（数分）で行うようにして、観測点にはアンテナ部だけを設置する構成の測位装置も従来技術として存在する。
図５，図６は、このような装置を説明するための図である。各観測点Ａ〜Ｃにはアンテナ部１Ａ〜１Ｃのみを設置し、タイミング発生装置２１からのタイミング信号Ｔ２でアテナ切替器３０が受信アンテナを２〜１０分間隔で切り替えて２周波衛星信号受信機４Ｆに受信信号を送出する。２周波衛星信号受信機４Ｆ，４Ｄは搬送波位相等を検出して、それらを位置計算装置１１に送出する構成となっており、位置計算装置１１では以下のステップで観測点の測位を行う。
【０００７】
すなわち、
(1) タイミング発生装置２１からのタイミング信号Ｔ２により、何れかのアンテナに切り替わるまで待つ。
(2) アンテナ切り替え直後から、衛星の移動に伴う搬送波位相の変化により、搬送波サイクル数の決定を数分かけて実施する。
(3) 搬送波サイクル数が決定したら、そのサイクル数を用い、アンテナ位置の測位を行い、その測位情報をどのアンテナの測位情報であるかの識別情報と共に出力する。
(4) タイミング発生装置２１からのタイミング信号により、別のアンテナに切り替わるまで上述の(3) を繰り返し実施する。
(5) 以降上述の(2) から(4) までを繰り返す。
タイミング発生装置２１は図６に示すように、アンテナ１Ａ，１Ｂ，１Ｃを、２〜１０分間隔で順次切り替えるためのタイミング信号を発生してアンテナの切り替えを行っているが、この２〜１０分のうち太線で示す時間が上述の(2) の搬送波サイクル数の決定を実施している時間となる。
【０００８】
図５，図６に示す測位装置の場合、各観測点には安価なアンテナ部のみの設置で済む。またアンテナ部のみなので電力の消耗も少ない。
然しながらアンテナ切り替えを２〜１０分間隔で行うため、各観測点のリアルタイムな測位ができない。例えば観測点が１０箇所あるとすると、各観測点での観測間隔が２０〜１００分間隔となるため、その分、地滑り等の警報を出すまでの時間が長くなり、危険回避が遅れることになる。
また２周波を受信する高価な衛星信号受信機が必要となる等の問題点があった。
【０００９】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、極めて安価な構成で各観測点のリアルタイムな監視が可能な測位装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、観測点に設けられた観測点アンテナと、前記観測点アンテナから受信した衛星信号の搬送波位相情報を取得する第１の衛星信号受信機と、位置が既知である点に設けられた既知点アンテナから受信した衛星信号の搬送波位相情報を取得する第２の衛星信号受信機と、を備え、前記第１の衛星信号受信機が取得した搬送波位相情報と、前記第２の衛星信号受信機が取得した搬送波位相情報と、既知点アンテナが設けられている既知の位置とに基づく干渉測位によって、前記観測点の測位を行う測位装置において、複数の観測点に設けられた複数の観測点アンテナのうちのいずれか一つを選択して前記第１の衛星信号受信機に接続するアンテナ切り替え手段を備え、前記アンテナ切り替え手段が前記複数の観測点アンテナのうちの一つである先選択観測点アンテナを選択している状態において当該先選択観測点アンテナとは別の観測点アンテナを選択するときに、前記先選択観測点アンテナから受信した衛星信号に含まれる、搬送波位相情報の取得を再開するための追尾状態情報を記憶手段に記憶し、前記アンテナ切り替え手段が前記先選択観測点アンテナを再度選択したときには、前記記憶手段に記憶されている追尾状態情報に基づいて、前記先選択観測点アンテナから受信した衛星信号の搬送波位相情報の取得を再開することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る測位装置においては、前記アンテナ切り替え手段が前記先選択観測点アンテナを再度選択したときに、前記記憶手段に記憶されている追尾状態情報に基づいて、前記先選択観測点アンテナから受信した衛星信号の搬送波位相情報の取得を再開することが不可能である場合には、前記先選択観測点アンテナが設けられている観測点に測位可能な範囲を超える変位があったものと判断する構成とすることが好適である。
また、本発明に係る測位装置においては、前記先選択観測点アンテナが設けられている観測点に測位可能な範囲を超える変位があったものと判断した場合には、警報手段を動作させる構成とすることが好適である。
【００１２】
また、本発明は、観測点に設けられた観測点アンテナと、前記観測点アンテナから受信した衛星信号の搬送波位相情報を取得する第１の衛星信号受信機と、位置が既知である点に設けられた既知点アンテナから受信した衛星信号の搬送波位相情報を取得する第２の衛星信号受信機と、を備え、前記第１の衛星信号受信機が取得した搬送波位相情報と、前記第２の衛星信号受信機が取得した搬送波位相情報と、既知点アンテナが設けられている既知の点の位置とに基づく干渉測位によって、前記観測点の測位を行う測位装置において、複数の観測点に設けられた複数の観測点アンテナのうちのいずれか一つを選択して前記第１の衛星信号受信機に接続するアンテナ切り替え手段を備え、前記アンテナ切り替え手段は、前記複数の観測点アンテナのそれぞれを間欠的に前記第１の衛星信号受信機に接続し、前記測位装置は、前記複数の観測点アンテナのうち前記衛星信号の搬送波位相情報を取得することが不可能な観測点アンテナがあった場合には、当該観測点アンテナが設けられている観測点に測位可能な範囲を超える変位があったものと判断することを特徴とする。
また、本発明に係る測位装置においては、前記衛星信号は、ＧＰＳ衛星から送信される信号であり、前記アンテナ切り替え手段は、前記第１の衛星信号受信機に接続されていない時間が数ｍｓから数１０ｍｓとなるよう、前記複数の観測点アンテナのそれぞれを間欠的に前記第１の衛星信号受信機に接続する構成とすることが好適である。
また本発明に係る測位装置においては、前記衛星信号の搬送波位相情報を取得することが不可能な観測点アンテナが設けられている観測点に測位可能な範囲を超える変位があったものと判断した場合には、警報手段を動作させる構成とすることが好適である。
【００１３】
また、本発明に係る測位装置においては、前記複数の観測点アンテナのそれぞれから受信した衛星信号をそれぞれ低周波信号に変換する複数のダウンコンバータと、前記複数のダウンコンバータの出力信号を前記アンテナ切り替え手段にそれぞれ伝送する複数の接続ケーブルと、を備える構成とすることが好適である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を説明するためのブロック図である。
図において、１Ａ〜１Ｃはそれぞれ観測点Ａ〜Ｃに設置されるアンテナ、ＩＤはその位置（緯度，経度，高度）が予め判っている既知点に設置されるアンテナ、５は高速（数ｍｓ〜数１０ｍｓ）ローテーションで各アンテナ１Ａ〜１Ｃを切り替えるアンテナ切替器、２Ｄは既知点のアンテナ１Ｄと接続された衛星信号受信機（これを第２の衛星信号受信機とも称する）、２Ｅはアンテナ切替器５と接続された衛星信号受信機（これを第１の衛星信号受信機とも称する）であり、共に安価な１周波の受信機が用いられる。１２は測位計算等を行う位置計算装置、２２は高速でアンテナを切り替えるタイミングを発生するタイミング発生装置である。
【００１５】
例えば観測点が高速に移動する移動体上の場合には、衛星信号を完全に連続して受信していないと衛星の追尾ができなくなる。そして衛星の追尾が途切れた場合、その都度、整数アンビギュイティの決定から行う必要がある。
然しながら上述のように複数地点の地盤の変動（地滑り，岩石落下等）を監視する装置としては、地滑り等の場合の初期微動状態を観測できれば良ので追従しなければならない加速度は極めて小さくて良い。従って図２に示すように、例えば数１０ｍｓ間に数ｍｓ信号を受信できれば十分追尾できる。また衛星の追尾ができなくなるような変位がある場合には、地盤が変動して危険状態になったことを意味するので、その場合はすぐに警報を出すように構成すれば良い。
【００１６】
次に動作について説明する。
各々のアンテナ１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、各観測点における衛星信号をアンテナ切替器５に送出しており、アンテナ切替器５は、タイミング発生装置２２からのタイミング信号Ｔ１に基づき、極めて高速（数ｍｓ〜数１０ｍｓ）に接続アンテナを順次１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ａ・・・とローテーションで切り替えて、それらのアンテナで受信した衛星信号を順次衛星信号受信機２Ｅへ送出する。衛星信号受信機２Ｅでは、
▲１▼タイミング発生装置２２からのタイミング信号Ｔ１により、アンテナ１Ａに切り替わるまで待つ。
▲２▼切り替わり直後から搬送波の追尾を開始する。
▲３▼タイミング発生装置２２からのタイミング信号Ｔ１により、別のアンテナに切り替わった時は、それまで追尾していたアンテナに対する追尾状態を一時的に図示しないメモリ等に記憶する。
▲４▼切り替わったアンテナについて搬送波追尾を開始する。
▲５▼再びアンテナ１Ａに切り替わるまで、上述の▲３▼および▲４▼を繰り返す。
▲６▼再びアンテナ１Ａに切り替わった場合、それぞれ記憶していた追尾状態に戻してから再追尾（上述の▲２▼〜▲４▼）を実施する。
▲７▼以降▲６▼を繰り返しながら、追尾している全アンテナの搬送波位相情報を位置計算装置１２に出力する。
▲８▼また一度安定追尾したアンテナで衛星信号に追尾できなくなった時は、衛星信号受信機２Ｅが異常状態を示す信号を位置計算装置１２に出力する。
【００１７】
位置計算装置１２では、衛星信号受信機２Ｅから送られてくる全アンテナの搬送波位相と、衛星信号受信機２Ｄから送られてくる搬送波位相，既地点の位置情報および衛星の軌道情報を基にして、各観測点の位置を同時に求める。
また、この場合にも測定点の各アンテナから送られてくる搬送波位相情報で、衛星の移動に伴う搬送波位相の変化により搬送波サイクル数を測位開始時に決定する。
また、何れかのアンテナで衛星信号の追尾ができなくなった場合には、そのアンテナが設置された観測点で衛星の追尾ができなくなるような地盤の変動があったことを意味するので、位置計算装置１２から図示しない警報装置へ当該観測点番号を出力し、警報装置が警報を発する。
【００１８】
本実施形態では上述のように、アンテナを高速に切り替えることで、全アンテナで衛星信号を同時に追尾する構成としたので、図４に示す従来の測位装置と同様にリアルタイムで監視が行えるようになる。
すなわち図４に示すような各観測点に衛星信号受信機を備えた装置であっても、位置計算装置で行う位置計算は間欠的に行われ、従って観測も所定間隔で行われる。本実施形態では同じ観測点の観測間隔の間に当該アンテナからの搬送波位相情報を受信できるようにアンテナを高速に切り替えることで、各観測点にそれぞれ衛星信号受信機を設置する構成と同等の機能を持たせることとした。
【００１９】
従って観測点が多数ある場合でも観測点用の衛星信号受信機は１台で構成でき、同等な機能を有する測位装置を安価に構成できる。
また、各観測点にはアンテナ部のみを設置すれば良く、省電力化が図れる。
さらに、観測点が例えば１０箇所あっても観測間隔を最大数１０分の１秒〜数秒以内とでき、図５に示す装置のように２０分〜１００分になり、リアルタイム性に欠けるという欠点もなく、且つ高額な２周波衛星信号受信機を用いる必要もなくなる。
【００２０】
図３は本発明の他の実施形態を示す図である。図３において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示し、６Ａ〜６Ｃはそれぞれダウンコンバータを示す。
図１に示す装置では、アンテナで受信した高周波信号をそのまま伝送する構成としたため、各アンテナ１Ａ〜１Ｃとアンテナ切替器５とを接続する接続手段（ケーブル）には、例えば光ファイバケーブル等の高周波の減衰が少ないケーブルが必要となる。
従って本実施形態ではそれぞれのアンテナ部にダウンコンバータ６Ａ〜６Ｃを設け、受信した高周波信号をダウンコンバータ６で低周波信号に変換して伝送する構成としたものである。
このような構成とすることによって、各観測点のアンテナ部で必要な電力は多少増加するが、送信する信号が低周波信号となるため接続手段に安価なケーブルを用いることができ、装置構成をさらに安価にできるようになる。
【００２１】
なお上記実施形態では、観測点をＡ〜Ｃの３箇所とし、観測用アンテナも１Ａ〜１Ｃの３台として説明しているが、観測点がこれに限定される訳ではなく、また観測点が多数ある場合には、複数のアンテナおよびアンテナ切替器５，タイミング発生装置２２および衛星信号受信機２Ｅのセットを、複数セット位置計算機１２に接続した構成とすることも考えられる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の測位装置は、複数の観測点にはアンテナ部のみを設置し、アンテナ接続を高速に切り替えることによって各観測点の衛星信号を１台の１周波衛星信号受信機で受信する構成としたので、複数の観測点をリアルタイムに監視できる安価な測位装置が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の動作を説明するための図である。
【図３】本発明の他の実施形態を説明するためのブロック図である。
【図４】従来のこの種の装置の一例を示すブロック図である。
【図５】従来のこの種の装置の他の例を示すブロック図である。
【図６】図５に示す装置の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１Ａ〜１Ｃ  それぞれ観測点Ａ〜Ｃに設置されるアンテナ
ＩＤ  既知点に設置されるアンテナ
５  アンテナ切替器
６  ダウンコンバータ
２Ｄ  １周波衛星信号受信機（第２の衛星信号受信機）
２Ｅ  １周波衛星信号受信機（第１の衛星信号受信機）
１２  位置計算装置
２２  タイミング発生装置
【図１】
0003725283.tif 000002
【図２】
0003725283.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003725283.tif 000005
【図５】
0003725283.tif 000006
【図６】
0003725283.tif 000007