(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地球上を周回する複数のＧＰＳ衛星から発信された電波の位相を複数の地点で同時に受信して位相データとして記録するとともに、前記電波に含まれている軌道要素データを解読してこれを記録する記録手順と、前記軌道要素データから前記衛星の位置を演算するとともに、前記位相データと前記衛星の位置から前記地点間の距離と方向を演算する演算手順とを有する測量方法において、
測定が開始されると、前記記録手順では、その時の軌道要素データをメモリカードに記録し、その後所定時間間隔の書き込み時刻毎に位相データをメモリカードに記録し、軌道要素データが更新されたときは軌道要素データをメモリカードに記録し、その後所定時間間隔の書き込み時刻毎に位相データをメモリカードに記録し、以後、測定終了時刻まで、軌道要素データが更新される度に更新された軌道要素データをメモリカードに記録し、その後所定時間間隔の書き込み時刻毎に位相データをメモリカードに記録し、
前記演算手順では、位相データは、その時点に対応する軌道要素データとともに使用することを特徴とするＧＰＳを利用する測量方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＧＰＳ（Global Positioning System)を利用する測量方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳは、航空機や船舶などの移動体が、地球上の位置や速度をリアルタイムで求めることができるように開発された人工衛星を利用するシステムであり、近時、このＧＰＳは、移動体による利用だけでなく、地球上のある地点間の距離や方向を測定する測量の分野にも利用されている。
【０００３】
ＧＰＳを利用した測量方法は、衛星の位置を基準にして、地点間の距離や方向を求めるものであり、この種の測量方法では、測量したい複数の地球上の地点に測量装置を設置し、同じ衛星から発信された電波の位相を、設定された所定の時間毎に同時に受信して位相データとして記録する。
そして、各地点で記録された位相データを持ちより、地点間の距離と方向とをコンピュータ処理により計算する。この場合のコンピュータ処理では、位相を測定した各時刻での各衛星の位置も計算で求めている。各時刻における衛星の位置は、衛星から発信される電波に、衛星の軌道情報と電波の発信時刻情報とが含まれているので、各衛星の電波を受信し、軌道要素データを解読して、この軌道要素データからケプラー方程式を解いて求められる。
【０００４】
ところが、このような従来の測量方法においては、本来、ＧＰＳそのものがリアルタイムでの地球上の位置を求めることを想定し、かつ、測量の分野では１時間程度の位相計測で地点間の距離と方向が求められると考えられているので、軌道要素データと位相データとの間に相関を持たせない状態で記録しており、コンピュータ処理により地点間の距離や方向を求める際には、位相測定を開始した時に得た軌道要素データや、計測終了時に得た軌道要素データ、または、計測中に得た複数回分の軌道要素データを平均化したものを用いていた。しかしながら、このような測量方法には、以下に説明する技術的課題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、ＧＰＳからの衛星の軌道情報は、常時一定の値ではなく、地上に設けられている制御局からＧＰＳ衛星を追跡し、追跡結果に基づいて今後１時間以内の軌道を予測計算し、その予測された軌道情報をＧＰＳ衛星に送信することにより、ＧＰＳ衛星が地球に向けて送信している軌道情報を更新している。
【０００６】
ところが、近時、数時間の位相計測をすることでより精度の高い測量ができることが判明したが、従来の測量方法では、位相データと軌道要素データとの間に相関がないので、軌道要素データが過去ないしは未来のものとなる可能性があって、位相データを測定した時点での衛星の正確な位置が求められず、結果的に、地球上の地点間の距離や方向の測定精度が低下する一因になっていた。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、測定精度の向上が図れるＧＰＳを利用する測量方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、地球上を周回する複数のＧＰＳ衛星から発信された電波の位相を複数の地点で同時に受信して位相データとして記録するとともに、前記電波に含まれている軌道要素データを解読してこれを記録する記録手順と、前記軌道要素データから前記衛星の位置を演算するとともに、前記位相データと前記衛星の位置から前記地点間の距離と方向を演算する演算手順とを有する測量方法において、  測定が開始されると、前記記録手順では、その時の軌道要素データをメモリカードに記録し、その後所定時間間隔の書き込み時刻毎に位相データをメモリカードに記録し、軌道要素データが更新されたときは軌道要素データをメモリカードに記録し、その後所定時間間隔の書き込み時刻毎に位相データをメモリカードに記録し、以後、測定終了時刻まで、軌道要素データが更新される度に更新された軌道要素データをメモリカードに記録し、その後所定時間間隔の書き込み時刻毎に位相データをメモリカードに記録し、前記演算手順では、位相データは、その時点に対応する軌道要素データとともに使用することを特徴とする。
【０００９】
【作用】
上記構成の測量方法によれば、位相データと軌道要素データとに相関関係を持たせて記録しているので、位相データを得た時点での軌道要素データに基づいて、その時点での衛星の位置を正確に求めることができる。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例について添付図面を参照にして詳細に説明する。図１から図４は、本発明にかかるＧＰＳを利用する測量方法の一実施例を示している。同図に示す測量方法は、地球上の地点Ａおよび地点Ｂ間の距離と方向とを測定する場合を示しており、地点Ａおよび地点Ｂには、ＧＰＳアンテナ１０とＧＰＳ受信機１２とからなる測量装置がそれぞれ設置され、地球を周回する少なくとも４つの衛星１４から発信される電波を同時刻に受信する。
【００１１】
図３に測量装置のブロック図を示している。同図に示すように、ＧＰＳアンテナ１０は、マイクロストリップアンテナ１０ａと、このアンテナ１０ａで受信されたＧＳＰ信号を増幅するＲＦ増幅器１０ｂとを有している。ＧＰＳ受信機１２は、ＲＦ増幅器１０ｂで増幅されたＧＰＳ信号に変調を加え、搬送周波数の変換を行うLocal 発振器１２ａと、周波数変換されたＧＰＳ信号の中間周波数帯を増幅するＩＦ増幅器１２ｂと、ＩＦ増幅器１２ｂの出力信号を受け、アナログ情報をデジタル情報に変換するＤＳＰ（Digital Signal Processor) １２ｃと、ＤＳＰ１２ｃの出力信号を受け、これに所定の信号処理（後述する）を施し、メモリカード１６に記録するＣＰＵ１２ｄとから構成されている。
【００１２】
ＤＳＰ１２ｃは、ＧＰＳ信号の搬送波位相をカウントし、これを搬送波位相データに変換するとともに、ＧＰＳ信号から軌道要素情報を抽出して、デジタルの軌道要素データに変換し、さらにＧＰＳ信号からＧＰＳ信号の発信時刻情報を抽出し、これをＧＰＳアンテナ１０で受信した時刻情報とともにデジタル化して時刻データに変換する。
【００１３】
メモリカード１６は、例えば、非接触式で電磁誘導の原理により、電源や情報の書き込みおよび読み出しが可能であって、且つ、防水式のものが好適に用いられるが、コネクタによりＣＰＵ１２ｃの出力ポートに接続される接触式のものであってもよい。
ＣＰＵ１２ｄでは、ＤＳＰ１２ｃからの搬送波位相データ，軌道要素データ，時刻データを受けて、搬送波データの連続化，軌道データのフォーマット化、時刻の計算を行いメモリカード１４の所定のエリアに書き込む。
【００１４】
以上のように構成された測量装置で地球上の地点Ａおよび地点Ｂ間の距離と方向とを測定する場合には、地点Ａ，Ｂにそれぞれ設置されたＧＰＳ受信機１２を始動して、同時に、同じ複数の衛星１４からのＧＰＳ信号を受信し、ある決められた時間間隔毎のタイミング（以下、エポックという）で、数時間程度の計測を行い、得られた情報を従来と同様に持ちより、コンピュータ処理により演算して求めることになる。
【００１５】
このとき、本発明の測量方法では、位相要素データと軌道要素データとの間には、相関関係を持たせてメモリカード１６に記録する。図４は、ＣＰＵ１２ｄでメモリカード１６にデータを書き込む場合の記録手順の一例を示している。同図に示す記録手順では、まず、記録手順がスタートすると、ステップｓ１で、測定開始時刻および測定終了時刻、位相データの取り込みエポックが設定入力される。
【００１６】
続くステップｓ２では、軌道要素データが更新された否かが判断され、更新されている場合には、ステップｓ３でメモリカード１６にその更新された軌道要素データが記録され、ステップｓ４が実行されるとともに、ステップｓ２で軌道要素データが更新されていないと判断された場合には、ステップｓ４が実行される。
【００１７】
ステップｓ４では、位相データの書き込み時刻になったか否か、つまり、エポツクが経過したか否かが判断され、エポックが経過している場合には、ステップｓ５でその位相データがメモリカード１６に書き込まれるとともに、エポックが経過していない場合は、エポックの経過を待ってステップｓ５で位相データがメモリカード１６に書き込まれる。
【００１８】
続くステップｓ６では、測定終了時間になったか否かが判断され、測定終了時間になっていない場合には、ステップｓ２に戻って測定が続行され、ステップｓ３からの手順が順次行われるとともに、ステップｓ６で測定終了時間になったと判断された場合に手順が終了する。
以上の手順で行われる測量方法では、いま、例えば、図２において、地点Ａ，ＢでＴ0 時に測定が開始されたとすると、その時の軌道要素データがメモリカード１６に記録され、その後各エポック毎に計測した位相データが記録される。
そして、例えば、Ｔ1 時刻に軌道情報が更新されたとすると、これがステップｓ２で判断され、更新された軌道要素データがメモリカード１６に記録され、その後に、各エポック毎の位相データがメモリカード１６に記録され、以後、測定終了時刻まで、軌道要素データが更新される度に、その更新された軌道要素データを記録し、かつ、その後、各エポック毎の位相データをメモリカード１６に記録する。
【００１９】
さて、以上のような記録手順では、位相データと軌道要素データとに相関関係を持たせてメモリカード１６に記録しているので、地点Ａ，Ｂ間の距離や方向を演算する演算手順では、位相データを得た時点での軌道要素データに基づいて、その時点での衛星１４の位置を正確に求めることができ、このため、地点Ａ，Ｂ間の距離や方向も正確に求めることができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上、実施例で詳細に説明したように、本発明にかかるＧＰＳを利用する測量方法によれば、位相データと軌道要素データとを相関関係を持たせて記録するので、位相データを得た時点での衛星の位置を正確に求めることができ、その結果、地点間の距離や方向の測定精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるＧＰＳを利用する測量方法の測定状態の説明図である。
【図２】各エポック毎の位相データおよび軌道要素データと衛星の軌道要素データとが書き換えられるタイミングを説明する図である。
【図３】本発明にかかる測量方法に用いる測定装置のブロック図である。
【図４】図３に示した測量装置の制御手順の一例を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１０    ＧＰＳアンテナ
１２    ＧＰＳ受信機
１２ｃ  ＤＳＰ
１２ｄ  ＣＰＵ
１４    衛星
１６    メモリカード
【図１】
0003646995.tif 000002
【図２】
0003646995.tif 000003
【図３】
0003646995.tif 000004
【図４】
0003646995.tif 000005