(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標が既知地点に設置される固定局用ＧＰＳ受信機と、座標が未知地点に設置される移動局用ＧＰＳ受信機とを用い、前記固定局用ＧＰＳ受信機のアンテナの直下に前記移動局用ＧＰＳ受信機のアンテナを設置して、初期アンビギュイティ解を求める測定を行なった後に、前記移動局用ＧＰＳ受信機を移動させるキネマティック測量であって、
予め記憶されているＧＰＳ衛星のアルマナックデータによる受信可能な衛星、もしくは現在受信中の衛星からの受信電波の水平角、高度角を演算する演算手段と、
前記演算手段の演算結果に基づいて前記アンテナに入射される複数の電波の方位角度を表示する表示手段とを備えたことを特徴とするキネマティック測量用ＧＰＳ受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、座標が既知地点に設置される固定局用ＧＰＳ受信機と、座標が未知地点に設置される移動局用ＧＰＳ受信機とを用い、前記移動局用ＧＰＳ受信機を順次測定対象地点に移動させて測量を行なうキネマティック測量に関し、特に、初期アンビギュイティ解を簡単に求めることができるキネマティック測量に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳシステムを利用する測量が知られており、この種の測量では、複数（４個以上）の衛星から発信される電波を同一時刻に複数のＧＰＳ受信機で受信して、ＧＰＳ受信機間で受信された電波の位相差を演算処理することにより求め、地球上の地点間の距離や方位を測定する。
【０００３】
ところで、この種の測量には、一方のＧＰＳ受信機を座標の既知地点に固定し、他方のＧＰＳ受信機を未知地点に固定して行うスタティック測量と、他方のＧＰＳ受信機を順次未知地点（測定対象地点）に移動させるキネマテッイク測量とがある。
このような２つの測量において、特に、後者のキネマテック測量では、未知地点の位置座標を求める際に、未知数として解く必要があるのは、未知地点の座標値以外に、ＧＰＳ衛星の搬送波位相の二重差に含まれる初期アンビギュイティ解があり、これを何らかの方法により決定しなければならない。
【０００４】
そこで、従来は、▲１▼既知地点と未知地点とにそれぞれＧＰＳ受信機を設置し、３０分から１時間程度衛星からの電波信号を受信し、この受信により得られた情報から初期アンビギュイティ解を決定するスタティックスタート法、▲２▼ＧＰＳ受信機のＧＰＳアンテナと受信機をそっくりそのまま測定場所を交換して、衛星からの電波信号を受信し、この受信によって得られた情報から初期アンビギュイティ解を決定するアンテナスワップスタート法、▲３▼一方のＧＰＳ受信機が設置される既知地点以外の別の既知地点に他方のＧＰＳ受信機を設置して、初期アンビギュイティ解を決定する既知点スタート法のいずれかが採用されていた。
【０００５】
しかしながら、このような従来のアンビギュイティ解の決定方法には、以下に説明する技術的な課題があった。
すなわち、まず、スタティックスタート法では、キネマティック測量の開始前に、１時間程度のスタティック測量を行なう必要があるので、非常に時間がかかる。また、アンテナスワップスタート法では、アンテナをそっくり取り替えるといった面倒な操作を行う必要があって、一人でこの作業を行なうことは、無理がある。さらに、既知点スタート法では、前もって２つの既知地点を設定しなければならないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明者らは、このような問題点を解決するために、移動局用ＧＰＳ受信機を移動させて測定を行う前に、固定局用ＧＰＳ受信機のアンテナの直下に移動局用ＧＰＳ受信機のアンテナを設置して、初期アンビギュイティ解を求める測定方法を考案した。
移動局側のアンテナを固定局側のアンテナの直下におく方法（以下、アンテナ直下法と称する）では、移動局用ＧＰＳ受信機のアンテナを設置する地点が、固定局用ＧＰＳ受信機のアンテナが設置されている直下なので、移動局用ＧＰＳ受信機のアンテナの位置は、固定局用ＧＰＳ受信機のアンテナと二次元方向において同一となる。
【０００７】
従って、移動局用ＧＰＳ受信機のアンテナの高さが判ると、移動局用ＧＰＳ受信機のアンテナの三次元座標が特定され、結果的には、移動局側のアンテナを既知地点に設置した場合と同じことになり、これにより初期アンビギュイティ解を求めることができ、アンテナの交換を行う必要などがなくなるので、簡単にアンビギュイティ解が求められる。
【０００８】
しかしながら、このアンテナ直下法においても、以下に述べる作業上の問題があった。
【０００９】
【発明が解しようとする課題】
すなわち、まず、第一に、固定局側のアンテナが移動局側のアンテナの真上にあるため、鉛直方向の衛星からの電波の受信が不安定になることである。但しこの問題は、アンテナ直下法を採用する限りは、解決困難であるものの、実際にはアンテナの直上に電波が到達する確立が非常に少ないので、本質的な問題にはならない。
【００１０】
これに対し、実際上の問題は、固定局側のアンテナを支持する三脚を任意の位置に立てた場合には、その三脚が移動局側のアンテナで受信する際の電波の受信障害物となったり、三脚の下部で移動局側のアンテナの設置作業を行なう作業員自体が電波の受信障害になる場合があることである。
また、設置作業を完了した作業員が移動すると、受信電波が遮られ、これによって一旦捕捉した電波がロックオフされることもあり、このような場合には、再度ロックオンさせる作業が行なわれ、電波の捕捉確定までに長時間を要する原因ともなる。
【００１１】
本発明は、このような問題点を解決するために案出されたものであって、その目的とするところは、アンテナに対する電波の到来方向を表示することによって、アンテナの設置作業が電波の受信障害とならない領域を認識することができるキネマティック測量用ＧＰＳ受信機を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、座標が既知地点に設置される固定局用ＧＰＳ受信機と、座標が未知地点に設置される移動局用ＧＰＳ受信機とを用い、前記固定局用ＧＰＳ受信機のアンテナの直下に前記移動局用ＧＰＳ受信機のアンテナを設置して、初期アンビギュイティ解を求める測定を行なった後に、前記移動局用ＧＰＳ受信機を移動させるキネマティック測量であって、予め記憶されているＧＰＳ衛星のアルマナックデータによる受信可能な衛星、もしくは現在受信中の衛星からの受信電波の水平角、高度角を演算する演算手段と、前記演算手段の演算結果に基づいて前記アンテナに入射される複数の電波の方位角度を表示する表示手段とを設けた。
この構成によれば、表示手段にアンテナに入射される複数の電波の方位角度が表示されるので、作業者は、移動局側のアンテナが最も電波の受信障害とならない作業位置を確実かつ簡単に認識することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明にかかるキネマティック測量に用いられる装置の配置関係を示している。同図に示すキネマティック測量では、座標が既知地点Ｐ（ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）に設置される固定局用ＧＰＳ受信機１０と、座標が未知地点に設置される移動局用ＧＰＳ受信機１２とが用いられる。
【００１４】
固定局用ＧＰＳ受信機１０は、三脚１４上に支持され、地上からの高さがｈの位置に設置されたアンテナ１０ａを有している。移動局用ＧＰＳ受信機１２は、固定局用のものと同様にアンテナ１２ａが接続されている。本実施例のキネマティック測量では、まず、固定局用ＧＰＳ受信機１０のアンテナ１０ａを既知地点Ｐ（ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）の直上に固定しておき、衛星からのＧＰＳ電波を受信する。
【００１５】
固定局用ＧＰＳ受信機１０は、移動局ＧＰＳ受信機１２が作動を開始してもそのままＧＰＳ電波を受信し続ける。次に、移動局用ＧＰＳ受信機１２のアンテナ１２ａが、固定局用ＧＰＳ受信機１０のアンテナ１０ａの直下に設置され、同様に衛星からのＧＰＳ電波を受信する。このとき受信する衛星は、最低４個必要とする。
【００１６】
そして、このような状態で初期アンビギュイティ解を求めるためにあるエポック分のデータを取得した後に、移動局側のアンテナ１２ａとＧＰＳ受信機１２とを、測定対象地点（未知地点）に移動するキネマティック測量に移行する。
ここで、初期アンビュギュイティ解を求めるための測定時の条件は、移動局側のアンテナ１２ａの座標をＱ（ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）とすると、アンテナ１２ａを固定局側のアンテナ１０ａの直下に設置しているので、
ｘ1 ≒ｘ2
ｙ1 ≒ｙ2
ｚ1 ＝ｚ2 ＋Δｈ
となる。
【００１７】
従って、これらの地点Ｐ，Ｑにおける座標差は、Δｘ≒０，Δｙ≒０，Δｚ＝Δｈである。つまり、Δｈが既知であれば、移動局側のアンテナ１２ａを既知地点に設置した場合と同じことになり、これにより初期アンビギュイティ解を求めことができることになる。
これに加え、本発明ではアンテナ直下法を実施する前に、三脚１４の下で作業する作業員のための作業領域及び立入り禁止位置などの情報が予め表示される。
【００１８】
図２には、以上の表示機能を備えたＧＰＳ受信機１０の一般的ハードウエア構成が示されている。同図において、ＧＰＳ受信機１０は、アンテナ１０ａを介して受信した電波をＲＦアンプ２０により増幅し、局部発振信号と混合して、周波数変換した後、ＩＦフィルタアンプ２２を介して増幅する。
局部発振信号は、ＴＣＸＯなどを基準信号としたフェーズドロックループ（ＰＬＬ）回路とＴＣＸＯとからなる局部発振器２４により作られる。ＩＦアンプ２２からの出力信号は、デジタル信号処理回路（ＤＳＰ）２６により逆拡散し、復調してＣＰＵ２８に送出される。ＣＰＵ２８は、ＤＳＰ２６を制御するとともに、この復調データとＲＯＭ３０及びＲＡＭ３２に格納されているプログラムとを用いて測位計算を行う。
【００１９】
本実施例の場合には、このような測位計算に先立ち、バックアップされたＲＡＭ３４内に格納されたアルマナックデータを読み出してアンテナ１０ａに対する複数の衛星からの電波到来方向のはさみ角を演算し、その結果をＩ／Ｏポート３６を介して接続されている液晶表示器３８に表示させる。
図３は、その演算，表示のための処理手順を示すものである。同図において、ＣＰＵ２８は、ＲＡＭ３４内に予め記憶されているアルマナックデータより、現在のＧＤＯＰ（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ  Ｄｉｌｕｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ；幾何学的指数）を計算するために必要な少なくとも四つの衛星ＳＶ１〜ＳＶ４を決定する（ステップ１０１）。
【００２０】
次いで、決定された４衛星ＳＶ１〜ＳＶ４の内、一対ずつの衛星がつくる水平方向のはさみ角Ｈiがそれぞれ計算される。このときの演算式は、Ｈｉ＝∠ＳＶｉＯ’ＳＶｉ＋１  但しi＝１，２・・・４となる（ステップ１０２）。
次に、はさみ角がＨｉ≧ｈとなるはさみ角をサーチする（ステップ１０３）。但し、ここで、ｈ：経験または実験値である。そして、実験値ｈより大きなＨｉがある場合には、その値を採用し、該当するものがない場合には、最大のはさみ角Ｈｉを選択する（ステップ１０４，１０４ａ）。すなわち、このステップ１０４，１０４ａでは、電波の受信障害を起こさない作業領域を確保するための計算がなされる。
【００２１】
次に、高度角Ｖｉ、Ｖｉ＋１が、経験または実験値υと等しいか、もしくは、これよりも大きな値になる高度角をサーチし、これが存在する場合には、それを採用し、存在しない場合には、その最大高度角を選択する（ステップ１０５，１０６，１０６ａ）。
すなわち、このステップ１０５，１０６１０６ａでは、高角度が高い方がそれだけ高さ方向で遮る可能性が低いので、この高角度の点で有利な衛星位置を確保するための計算がなされる。
【００２２】
次いで、選択された衛星ＳＶｉ，ＳＶｉ＋１より水平方向のはさみ角を計算し（ステップ１０７）、その結果を衛星の実番号とともに表示器３８にグラフィック表示させる（ステップ１０８）（Ｎは北方向を表している。）。
図４は、このときの表示内容の一例を示しており、この表示例では、三脚１４の中心Ｏ’に対し北から８５°の方向と、１８５°の方向から衛星ＳＶ５、ＳＶ８の電波が到達し、かつ、これらの間の角度差である１００°が最も広い角度であることを示している。
【００２３】
従って、作業者は、この表示内容を見ることにより、この例では、北から８５〜１８５°の間の約１００°の位置が適している。しかも、三脚１４の設置位置や作業員が横切る禁止位置までが特定されることになる。つまり、この事例では、北から８５°及び１８５°方向を作業員が横切ってはならず、その間で作業や移動を行えば良いことが示唆されている。
【００２４】
具体的な運用としては、この表示内容を見て、磁石などで方位を確認し、表示内容と同じく中心Ｏ’からそれぞれの位置にチョークなどで線引を行えば、電波の受信障害を起こすことなく、アンテナ１２ａの設置作業が行なえる。
なお、上記実施例では、アルマナックデータが予め記憶されている場合を例示したが、本発明の実施は、これに限定されることはなく、例えば、アルマナックデータがない場合には、移動局の受信機で直下法を行っている最中に、固定局側の受信機で実際に受信している衛星の水平はさみ角、高度角を演算してその電波到来方向、最大はさみ角を表示し、その結果を表示するようにもできることは勿論である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、アンテナ直下法を行う前、あるいは実施している最中に移動局側のアンテナが最も電波遮断を受けにくい作業位置を特定することができるため、アンテナ直下法の利点である測量の迅速性を享有できるとともに、作業中の電波遮断による障害を克服できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるキネマティック測量における初期アンビギュィティ解を求めるための測定状態の説明図である。
【図２】ＧＰＳ受信機のハードウエア構成を示すブロック図である。
【図３】同ＧＰＳ受信機による作業位置を表示するための実行手順を示すフローチャートである。
【図４】同実行結果の表示内容の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０          固定局用ＧＰＳ受信機
１０ａ        アンテナ
１２          移動局用ＧＰＳ受信機
１２ａ        アンテナ
１４          三脚
２８          ＣＰＵ（演算手段）
３８          液晶表示器（表示手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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