(57)【要約】【課題】  測位系の正確な時刻に同期したタイミングでの観測データを出力できるようにした観測データ出力測位用受信機を構成する。【解決手段】  受信機側の時計による所定周期のサンプリングタイミングで測位用衛星からの電波に含まれているコード位相を求め、受信点の測位演算により測位系時刻での観測時刻と、サンプリングタイミングとのずれであるサンプリングオフセットを求め、サンプリングオフセットにより生じる測位用衛星の位置ずれと受信機の時計のずれとによる第１の観測距離のずれ分と、サンプリングオフセット分の時間に電波が伝搬する距離である第２の観測距離のずれ分とをそれぞれ補正し、測位系の正確な時刻に同期したタイミングでの観測データ出力する。【選択図】  図２
2006090755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測位用衛星からの電波を受信点で受信して、その電波に含まれているコード位相およびキャリア位相を観測する手段と、
受信機側の時計による所定周期でのサンプリングタイミングで前記コード位相およびキャリア位相を求める手段と、
複数の測位用衛星についての前記コード位相に基づいて受信点の測位演算を行う測位演算手段と、
前記測位演算により求められた測位系時刻での観測時刻と前記サンプリングタイミングとのずれであるサンプリングオフセットを求める手段と、
前記サンプリングオフセットにより生じる測位用衛星の位置ずれと受信機の時計のずれとによる第１の観測距離のずれ分を求める手段と、
前記サンプリングオフセット分の時間に電波が伝搬する距離である第２の観測距離のずれ分を求める手段と、
前記第１・第２の観測距離のずれ分の補正を行って、測位系の正確な時刻に同期したタイミングで観測した際に得られるコード位相から求めた観測距離を出力する手段と、
を備えた観測データ出力測位用受信機。
【請求項２】
測位用衛星からの電波を受信点で受信して、その電波に含まれているコード位相およびキャリア位相を観測する手段と、
受信機側の時計による所定周期でのサンプリングタイミングで前記コード位相およびキャリア位相を求める手段と、
複数の測位用衛星についての前記コード位相およびキャリア位相に基づいて受信点の測位演算を行う測位演算手段と、
前記測位演算により求められた測位系時刻での観測時刻と前記サンプリングタイミングとのずれであるサンプリングオフセットを求める手段と、
前記サンプリングオフセットにより生じる測位用衛星の位置ずれと受信機の時計のずれとによる第１のキャリア位相変化量分を求める手段と、
前記サンプリングオフセット分の時間に電波が伝搬する距離である第２のキャリア位相変化量分を求める手段と、
前記第１・第２のキャリア位相変化量分の補正を行って、測位系の正確な時刻に同期したタイミングで観測した際に得られるキャリア位相またはキャリア位相の単位時間あたりの変化量を出力する手段と、
を備えた観測データ出力測位用受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＧＰＳ衛星などの測位用衛星からの電波を受信すると共に、受信点の測位などに用いる観測データを出力する観測データ出力測位用受信機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば測量の分野で使用されるＧＰＳでは、ＧＰＳ衛星からの観測データを用いて測位演算を行うが、そのデータフォーマットはＲＩＮＥＸフォーマットとして規定されている。例えば国土地理院は全国に設けた約１０００点の電子基準点でＧＰＳ衛星からの電波を観測によって求めたＲＩＮＥＸフォーマットのデータを公開している。
【０００３】
このＲＩＮＥＸフォーマットの規定によると、擬似距離やキャリア位相変化量（キャリア位相積算値）の観測データは、受信機が観測したままのデータ（生のデータ）として出力することとなっている。
【非特許文献１】土屋  淳・辻  宏道  著、「新訂版やさしいＧＰＳ測量」、社団法人日本測量協会出版、１９９７年４月１５日発行、ｐ３４２−３４３（搬送波位相），ｐ６８−６９（異機種の組み合わせ測量）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年のＧＰＳを用いたアプリケーションの拡大に伴い、アプリケーション（利用者）側のプログラムによって観測データを適宜利用する用途が生じつつある。
【０００５】
しかし、従来のＲＩＮＥＸフォーマットデータでは、擬似距離やキャリア位相積算値の観測データが受信機の観測による生のデータであるので、次に述べるように多くのアプリケーションではそのまま有効に利用できない。
【０００６】
すなわち、受信機の内部で発生するクロックの周波数精度やその安定性は、測位系の時刻（ＧＰＳタイム）の精度や安定性に比べて低く、受信機が観測により得た観測データは、測位系の時刻と完全には同期していないという問題があった。例えば、受信機が３０秒毎の正秒の観測データを得ているつもりであっても、その観測タイミングは測位系の正確な正秒からずれてしまう。
【０００７】
そのため、例えば正秒での移動体の位置を求める必要がある場合には、実際に観測したタイミングと正秒とのずれに基づいて、利用者側で補間処理などによって、正秒での移動体の位置を推測する必要が生じる。しかし、測位された後の受信点の位置変化を補間する方法では、位置の推測精度が受信点の運動に依存してしまい、高い測位精度を保つことは困難である。
【０００８】
そこで、このような場合には、測位系の正確な時刻に同期したタイミングでの観測データを補正により求め、その補正後の観測データを基にして測位演算を行えばよい。
【０００９】
ところが、測位系の正確な時刻に同期したタイミングでの観測データを補正により求めるためには、ＧＰＳに関する高度な知識が必要となり、難易度が極めて高くなる。そのことが前記ＲＩＮＥＸフォーマットのような生の観測データを各種アプリケーションへ適用させることの障害となっていた。
【００１０】
この発明の目的は、測位系の正確な時刻に同期したタイミングでの観測データを出力できるようにした観測データ出力測位用受信機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）この発明の観測データ出力測位用受信機は、測位用衛星からの電波を受信点で受信して、その電波に含まれているコード位相およびキャリア位相を観測する手段と、受信機側の時計による所定周期でのサンプリングタイミングで前記コード位相を求める手段と、複数の測位用衛星についての前記コード位相およびキャリア位相に基づいて受信点の測位演算を行う測位演算手段と、前記測位演算により求められた測位系時刻での観測時刻と前記サンプリングタイミングとのずれであるサンプリングオフセットを求める手段と、前記サンプリングオフセットにより生じる測位用衛星の位置ずれと受信機の時計のずれとによる第１の観測距離のずれ分を求める手段と、前記サンプリングオフセット分の時間に電波が伝搬する距離である第２の観測距離のずれ分を求める手段と、前記第１・第２の観測距離のずれ分の補正を行って、測位系の正確な時刻に同期したタイミングで観測した際に得られるコード位相から求めた観測距離を出力する手段とを備えたことを特徴としている。
【００１２】
（２）また、この発明の観測データ出力測位用受信機は、測位用衛星からの電波を受信点で受信して、その電波に含まれているコード位相およびキャリア位相を観測する手段と、受信機側の時計による所定周期でのサンプリングタイミングで前記コード位相およびキャリア位相を求める手段と、複数の測位用衛星についての前記コード位相およびキャリア位相に基づいて受信点の測位演算を行う測位演算手段と、前記測位演算により求められた測位系時刻での観測時刻と前記サンプリングタイミングとのずれであるサンプリングオフセットを求める手段と、前記サンプリングオフセットにより生じる測位用衛星の位置ずれと受信機の時計のずれとによる第１のキャリア位相変化量分を求める手段と、前記サンプリングオフセット分の時間に電波が伝搬する距離である第２のキャリア位相変化量分を求める手段と、前記第１・第２のキャリア位相変化量分の補正を行って、測位系の正確な時刻に同期したタイミングで観測した際に得られるキャリア位相または単位時間あたりのキャリア位相の変化量を出力する手段とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
（１）この発明によれば、観測時刻と実際の観測タイミングとのずれ（サンプリングオフセット）を求め、このサンプリングオフセットにより生じる測位用衛星の位置ずれと受信機の時計のずれとによる観測距離のずれ分を補正し、サンプリングオフセット分の時間に電波が伝搬する距離分を補正することによって、測位系の正確な時刻に同期したタイミングで観測した際に得られる観測距離が求められる。
【００１４】
そのため、例えば複数の移動体について、それぞれの位置・速度・加速度などを時刻同期して計測するような場合に、各受信点での観測タイミングがずれることなく、またアプリケーション側の補正によって観測タイミングのずれを補正するといった処理も不要となる。
【００１５】
（２）また、この発明によれば、測位演算によって観測時刻と実際の観測タイミングとのずれ（サンプリングオフセット）を求め、このサンプリングオフセットにより生じる第１のキャリア位相変化量分と、サンプリングオフセット分の時間に電波が伝搬する距離である第２のキャリア位相変化量分の補正を行ってキャリア位相変化量を出力するので、測位系の正確な時刻に同期したタイミングでキャリア位相または単位時間あたりのキャリア位相の変化量（ドップラシフト周波数）が利用でき、例えば観測距離にキャリア位相の変化量を足し込んでスムージングを行うキャリアスムージング法で高精度な測位が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明の実施形態に係る観測データ出力測位用受信機の構成を図１〜図４を参照して説明する。
図１は観測データ出力測位用受信機の基本構成部分のブロック図である。図１において、受信回路１１はＧＰＳアンテナ１０からの受信信号を増幅するとともに中間周波信号に変換する。ＡＤコンバータ１２は、その受信信号をディジタル信号のデータ列に変換してディジタル信号処理回路へ与える。このディジタル信号処理回路１３は、複数の衛星からの電波を個別に受信処理するために複数チャンネル分備えていて、各受信チャンネルは、入力したディジタルデータ列に対して演算処理を行い、Ｃ／Ａコード位相とキャリア位相を求める。
【００１７】
具体的には、ディジタル信号処理回路１３内の各受信チャンネルは、Ｃ／Ａコード発生器、そのコード位相を数値制御するコードＮＣＯと、所定のコード位相のずれを有する３つのＣ／Ａコードと入力信号とを乗算し、それらの値をそれぞれ積分することによって相関を求める相関器を備えている。また、上記各受信チャンネルは、位相が０°と９０°のキャリア信号を発生するキャリアＮＣＯと、このキャリア信号と入力信号との乗算を行い、それぞれの結果を積分することによって相関を求める相関器を備えている。また、ディジタル信号処理回路１３は、入力信号のキャリア位相の修正量（追尾量）を積算カウントする位相カウンタを備えている。
【００１８】
プロセッサ１４はディジタル信号処理回路１３で求められたコード位相に関する相関値からコードＮＣＯの位相を制御し、キャリア位相に関する相関値からキャリアＮＣＯの周波数を制御することによって、コード位相およびキャリア位相の追尾を行う。また、上記位相カウンタのカウント値を読み取ることによってキャリア位相を求める。
【００１９】
また、プロセッサ１４は、後述するように、受信点の測位演算によって、未知数である受信機側の時刻（観測時刻）を求める。そして、その観測時刻と実際の観測タイミングとのずれであるサンプリングオフセットを求め、このサンプリングオフセット分の存在による各種補正を行って、測位系の正確な時刻に同期したタイミングで観測した際に得られる観測距離およびキャリア位相を観測データとして出力する。
【００２０】
尚、上記観測距離とは、Ｃ／Ａコード位相により求める擬似距離であるが、求める際にキャリア位相を考慮に入れることも可能である。
【００２１】
図２および図３は、図１に示したプロセッサ１４の処理内容を示すフローチャートである。
図２は測位系の正確な時刻に同期したタイミングで観測距離を出力するための処理手順を示すフローチャートである。まず受信機側の時計による所定周期（例えば３０秒毎）であるサンプリングタイミングとなれば、測位演算によりＧＰＳ時刻を求め、サンプリングオフセットを求める（Ｓ１１→Ｓ１２）。この処理は、４つ以上のＧＰＳ衛星についてのコード位相、キャリア位相、観測時刻、および各ＧＰＳ衛星の軌道情報と観測時刻から求めた各衛星の位置によって受信点の測位演算を行う。この測位演算によって、未知数である受信機側の時刻（サンプリングタイミング）を求める。そして正確な測位系時刻での観測時刻と実際のサンプリングタイミングとのずれを「サンプリングオフセット」として求める。
【００２２】
次に、サンプリングオフセットによる観測距離のずれ分（第１の観測距離のずれ分）を求める（Ｓ１３）。この「第１の観測距離のずれ分」は、実際のサンプリングタイミングが、本来観測すべきタイミング（測位系時刻での観測時刻）からサンプリングオフセットだけずれていたことによる、ＧＰＳ衛星の位置ずれと受信機の時計のずれに起因する観測距離のずれ分である。
【００２３】
続いて、サンプリングオフセットの時間だけ電波が伝搬する距離である第２の観測距離のずれ分を求める（Ｓ１４）。
そして、この第１・第２の観測距離のずれ分を実際の観測距離に対して補正し、その結果を測位系の正確な時刻に同期したサンプリングタイミング（正秒サンプリング）での観測距離データとして出力する（Ｓ１５）。
【００２４】
このようにして測位系の正確な時刻に同期したタイミングで（この例では３０秒毎の正秒）で観測した際に得られる観測距離データが出力されるので、利用側で特別な補正や補間処理を行うことなく利用可能となる。
【００２５】
図３は測位系の時刻に同期したタイミングでキャリア位相またはキャリア位相の変化量を観測データとして出力するための処理手順を示すフローチャートである。
まず受信機側の時計による所定周期（例えば３０秒毎）であるサンプリングタイミングとなれば、測位演算によりＧＰＳ時刻を求め、サンプリングオフセットを求める（Ｓ２１→Ｓ２２）。
【００２６】
その後、このサンプリングオフセットによりＧＰＳ衛星の位置ずれと受信機の時計のずれとによるキャリア位相変化量分（第１のキャリア位相変化量分）を求める（Ｓ２３）。
【００２７】
続いて上記サンプリングオフセット分の時間に電波が伝搬する距離である第２のキャリア位相変化量分を求める（Ｓ２４）。
【００２８】
そして、第１・第２のキャリア位相変化量分を、観測により求めたキャリア位相に対して補正し、それを測位系の正確な時刻に同期したタイミング（正秒サンプリング）で観測した際に得られるキャリア位相データとして出力する（Ｓ２５）。
【００２９】
その後、キャリア位相の１秒間の変化量をドップラーシフト周波数データとして求め、それを出力する（Ｓ２６）。
【００３０】
このようにして測位系の正確な時刻に同期したタイミングで観測した際に得られるキャリア位相データおよびドップラーシフト周波数データを、利用者は補正や補間演算を行うことなく、そのままアプリケーションに応じて利用することになる。
【００３１】
図４は前述の方法により得たデータの出力内容の例を示す図である。出力データの内容は例えば次のとおりである。
【００３２】
（１）観測開始日時（例えば２００４年９月１５日０時０分０秒）
（２）観測間隔（例えば３０秒）
（３）各エポック（上記観測開始日時から上記観測間隔毎に到来する各タイミング）で観測された衛星の数
（４）各エポックで観測された各衛星の衛星番号
（５）各エポックでの各衛星について、図４に示した各種データ
（６）各エポックでの各衛星についてのドップラシフト周波数
図４は上記の或るエポックでの各衛星について、
Ｌ１帯のキャリア位相
Ｃ／Ａコード位相から求めた擬似距離
Ｌ２帯のキャリア位相
Ｐ２コードのコード位相から求めた擬似距離
をそれぞれ出力することを表している。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】観測データ出力測位用受信機の構成を示すブロック図
【図２】同受信機のプロセッサの処理内容を示すフローチャート
【図３】同受信機のプロセッサの処理内容を示すフローチャート
【図４】出力データの一部の例を示す図
【符号の説明】
【００３４】
１０−ＧＰＳアンテナ
【図１】
2006090755.tif 000003
【図２】
2006090755.tif 000004
【図３】
2006090755.tif 000005
【図４】
2006090755.tif 000006