(57)【要約】【課題】  高精度な測位をリアルタイムに行うとともに、連続的に測位結果を出力する。【解決手段】  ＤＧＰＳにより仮の解を導出し、導出した仮の解の情報を用いて、真の解が存在する第１の空間領域を求める。第１の空間領域を線形写像した第２の空間領域内に存在する所定の解を真の解となりうる解候補とし、解候補のそれぞれについて、χ二乗検定を行う。χ二乗検定の結果、解候補が１つに限定された場合に、限定された解候補を真の解し、真の解から整数サイクルを得る。【選択図】      図１
2006071370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも４つの衛星からの観測データに基づいて、移動局の測位を行う衛星を用いた測位方法であって、
前記移動局及び既知の位置にある基準局が４つの衛星から受信した観測データに基づいて、前記観測データに含まれる整数サイクルを導出する整数サイクル導出過程と、
前記整数サイクル導出過程により導出された前記整数サイクルを用いて、次のエポック以降の前記移動体の測位を行う測位過程と
を備え、
前記整数サイクル導出過程は、
前記基準局及び前記移動局が受信した観測データを用いて、前記移動局の位置に関する仮の解を求める過程と、
前記仮の解の情報を用いて、真の解が存在する第１の空間領域を求める過程と、
前記第１の空間領域を線形写像して第２の空間領域を求め、前記第２の空間領域内に存在する所定の解を真の解となりうる解候補とする過程と、
前記解候補のそれぞれについて、χ二乗検定を行う過程と、
前記χ二乗検定の結果、前記解候補が１つに限定された場合に、限定された前記解候補を前記真の解とする過程と、
前記真の解から整数サイクルを得る過程と
を具備する衛星を用いた測位方法。
【請求項２】
前記整数サイクル導出過程は、２回以上繰り返して行われ、Ｎ+１回目（Ｎは１以上の整数）に得られた前記整数サイクル及びＮ回目までに得られた前記整数サイクルの差が十分小さい値であった場合に、前記Ｎ+１回目に得られた前記整数サイクルを前記測位過程において使用する請求項１に記載の衛星を用いた測位方法。
【請求項３】
前記測位過程は、
少なくとも４つ以上存在する衛星の中からＤＯＰが最も小さい４つの衛星を選定する過程と、
選定した前記４つの衛星からの観測データと、前記整数サイクルとを用いて、前記移動体の測位を行う請求項１又は請求項２に記載の衛星を用いた測位方法。
【請求項４】
前記測位過程は、
前記移動体の測位結果をχ二乗検定する過程と、
前記χ二乗検定の結果に応じて、サイクルスリップの有無を判定する過程と
を備える請求項１から請求項３のいずれかの項に記載の衛星を用いた測位方法。
【請求項５】
前記サイクルスリップが発生していると判定された場合に、少なくともサイクルスリップが発生している衛星の整数サイクルを修正する修正過程を備え、
前記修正過程は、
前記観測データを受信した前記４つの衛星とは異なる組み合わせからなる４つの衛星を選定する過程と、
新たに選定した前記４つの衛星の観測データと、これら衛星の前記整数サイクルとを用いて、前記移動体の測位を行う過程と、
前記測位の結果をχ二乗検定する過程と、
前記χ二乗検定の結果に基づいて、サイクルスリップの有無を判定する過程と、
サイクルスリップが発生していないと判定された場合に、今回の測位結果を出力する過程と
を具備する請求項４に記載の衛星を用いた測位方法。
【請求項６】
新たに選定した前記４つの衛星がいずれもサイクルスリップを起こしていなかった場合に、新たに選定した前記４つの衛星以外の衛星の整数サイクルを修正する過程と、
修正後の整数サイクルを保持する過程と
を備える請求項５に記載の衛星を用いた測位方法。
【請求項７】
新たに選定した前記４つの衛星についてもサイクルスリップが発生していると判定された場合に、予め決められた所定の条件に達するまで、衛星の組合せを変更する過程と、
変更した各衛星の組み合わせについて、サイクルスリップの発生の有無を判定する過程とを備え、
前記判定の結果、サイクルスリップが発生しない衛星の組み合わせが存在しなかった場合に、前記整数サイクル導出過程により、整数サイクルの導出を行う請求項５又は請求項６に記載の衛星を用いた測位方法。
【請求項８】
少なくとも４つの衛星からの観測データに基づく移動局の測位をコンピュータシステムに実行させるための測位プログラムであって、
前記移動局及び既知の位置にある基準局が４つの衛星から受信した観測データに基づいて、整数サイクルを導出する整数サイクル導出処理と、
前記整数サイクル導出過程により導出された前記整数サイクルを用いて、次のエポック以降の前記移動体の測位を行う測位処理と
を備え、
前記整数サイクル導出処理は、
前記基準局及び前記移動局が受信した観測データを用いて、前記移動局の位置に関する仮の解を求めるステップと、
前記仮の解の情報を用いて、真の解が存在する第１の空間領域を求めるステップと、
前記第１の空間領域を線形写像して第２の空間領域を求め、前記第２の空間領域内に存在する所定の解を真の解となりうる解候補とするステップと、
前記解候補のそれぞれについて、χ二乗検定を行うステップと、
前記χ二乗検定の結果、前記解候補が１つに限定された場合に、限定された前記解候補を前記真の解とするステップと、
前記真の解から整数サイクルを得るステップと
を具備する測位プログラム。
【請求項９】
少なくとも４つの衛星から送信された衛星信号を使用して移動局の位置を計測するＧＰＳに使用され、前記移動局に搭載されるＧＰＳ受信装置であって、
前記衛星から送信された衛星信号を受信するＧＰＳアンテナと、
既知の位置にある基準局における観測データ又は前記観測データから導出される補正データを受信する地上アンテナと、
前記ＧＰＳアンテナ及び前記地上アンテナにより受信された情報に基づいて、整数サイクルを導出するとともに、導出した前記整数サイクルを用いて、次のエポック以降の測位を行う処理部とを備え、
前記処理部は、
前記ＧＰＳアンテナ及び前記地上アンテナにて受信された情報を用いて、移動局の位置に関する仮の解を求める処理と、
前記仮の解の情報を用いて、真の解が存在する第１の空間領域を求める処理と、
前記第１の空間領域を線形写像して第２の空間領域を求め、前記第２の空間領域内に存在する所定の解を真の解となりうる解候補とする処理と、
前記解候補のそれぞれについて、χ二乗検定を行う処理と、
前記χ二乗検定の結果、前記解候補が１つに限定された場合に、限定された前記解候補を前記真の解とする処理と、
前記真の解から整数サイクルを得る処理と
を実行するＧＰＳ受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳ（Global Positioning System）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳは、衛星から送信される衛星信号を用いることにより、航空機や船舶などの移動体の測位を可能としたシステムである。
近年では、相対航法を利用して測位精度の向上を図るＤＧＰＳ（ディファレンシャルＧＰＳ：Differential GPS）が開発され、このＤＧＰＳを用いた各種測位方法が提案されている。
上記ＤＧＰＳは、既知の位置におかれた基準局と、測位対象である移動局とで衛星からの衛星信号を同時に採取し、両局に共通な誤差を相殺することによって、結果的に測位精度を改善する技術である。
例えば、ＤＧＰＳでは、基準局の受信機を正確に位置がわかっているところにおき、そこでの観測データ（上記衛星信号を基準局にて信号処理した後のデータをいう）から計算によって得られた位置座標と実際の正確な位置座標とを比較することにより、観測データに内包されている誤差量を算出し、この誤差量をＤＧＰＳ補正データとして移動局へ送信する。移動局では、基準局から受信した補正データによって、自己の観測データを補正することにより、基準局と共通の誤差、例えば、電離層遅延、対流圏遅延などを除去することで、より精度の高い測位結果を得ることができる。
【０００３】
上記ＤＧＰＳでは、主に観測データとして衛星信号のＣ／Ａコードを計測する。このため、その測定単位（計測対象に依存した計測の分解能）は300ｍである。
これに対し、衛星信号の搬送波位相を計測するＫＧＰＳ（キネマティックＧＰＳ：Kinematic GPS）が開発、提案されている。
このＫＧＰＳでは、測定単位が非常に小さいため（例えば、Ｌ１周波数帯信号で0.19ｍ、Ｌ２周波数帯信号で0.22ｍ）、非常に高精度な測位結果を得ることが可能となる。
しかしながら、このＫＧＰＳでは、以下に示すように、未知数である整数サイクル（Ambiguity）を導出する必要がある。
一般的に、観測データは、以下の（１）式のような数式（観測方程式）により表される。
φ＋λＮ＝ρ＋ｄiono＋ｄtrop＋e          （１）
φは観測データ（搬送波位相）、Ｎは整数サイクル（Ambiguity）、ρはＧＰＳ衛星の送信機アンテナと移動局などに設けられたＧＰＳアンテナとの間の位相中心間の幾何学的距離、ｄionoは電離層遅延、ｄtropは対流圏遅延、eはノイズなど伝搬経路に依存しない誤差である。
【０００４】
ここで、観測データφは観測により得ることができ、電離層遅延ｄiono、対流圏遅延ｄtrop、及びノイズなどの誤差ｅは、上述したＤＧＰＳにより得ることができる。しかしながら、整数サイクルＮは、観測により直接的に得ることができず、未知数として残ってしまう。このため、移動局の測位を正確に行うためには、この整数サイクルＮを導出する必要がある。
【０００５】
上記整数サイクルを演算により導出し、高精度な測位を実現させる測位方法の一例として、例えば、非特許文献１に開示されているＫＩＮＧＳ法（KINematic Global
positioning system Software）や、非特許文献２に開示されているＬＡＭＢＤＡ法（the Leaset-squares
AMBiguity Decorrelation
Adjustment）などが知られている。
【０００６】
非特許文献１に開示されているＫＩＮＧＳ法では、以下の方法により移動体の位置が求められる。
まず、ＤＧＰＳ方式にて求めた位置座標（整数サイクルに起因する誤差を内包する位置座標）を仮の解とし、この仮の解の整数サイクルを数サイクル分増減させた各解を真の解の候補（以下、これらを「解候補」という。）とする。ここで、真の解とは、正確な整数サイクルが反映された誤差分の最も少ない位置座標である。
続いて、全ての解候補について、χ二乗検定法を行うことにより、真の解となり得ない解候補を排除し、信頼性の高い解候補のみを抽出する。
続いて、抽出された解候補の全てについて、二次元的位置（水平面）に関する適合性検定を行い、更に真の解として信頼性の高い解候補を更に絞りこむ。この結果、検定をパスした解候補が１つに限定された場合に、この解候補を真の解として決定する。
真の解を決定した後は、この真の解から整数サイクルを導出する。そして、次のエポックからは、この整数サイクルと観測データとを用いて、移動体の測位を行う。
整数サイクル導出後において、一定の整数値であるはずの整数サイクルが、何らかの原因により違う整数値へ変化してしまった場合、つまり、サイクルスリップ（cycle slip）が発生した場合には、上述した同様の手法により、整数サイクルを再度導出することが必要とされる。
【０００７】
非特許文献２に開示されているＬＡＭＢＤＡ法では、以下の方法により移動体の位置が求められる。
まず、複数のエポック（約数十秒間にわたるエポック）を採取し、これらエポックの観測データから仮の解を導出する。
続いて、仮の解から求められる確率楕円体を線形写像し、この線形写像内に存在する解を真の解の候補（以下「解候補」という。）とする。これにより、効果的に解候補を抽出することができる。
そして、抽出した解候補のうち、最も仮の解に近いものを真の解として決定する。
真の解を決定した後は、この真の解から整数サイクルを導出する。そして、次のエポックからは、この整数サイクルと観測データとを用いて、移動体の測位を行う。
整数サイクル導出後において、サイクルスリップ（cycle slip）が発生した場合には、上述した同様の手法により、整数サイクルを再度導出することが必要となる。
【０００８】
【非特許文献１】辻井  俊明、外４名、「キネマティックＧＰＳソフトウェアの開発」（development of Kinematic GPS Software,KINGS, and Flight Teat Evaluation）、航空宇宙技術研究所の技術文献TR-1357T（TECHNICALREPORT OF NATIONAL AEROSPACE LABORATORY TR-1357T）、日本、１９９８年１０月
【非特許文献２】P.J.G Teunissen、外２名、「THE LAMBDA-METHOUDFOR FAST GPS SURVEYING」、International symposium“GPS Technology applications”、ルーマニア、１９９５年９月２６日から２９日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記非特許文献１に開示されたKINGS法による測位では、以下のような問題が生じることとなる。
第１に、整数サイクルの解候補が多数存在するため、真の解を得るまでに時間がかかり、リアルタイム性を確保することが難しい。
第２に、サイクルスリップ発生時は、整数サイクルの情報が失われてしまうため、整数サイクルの導出を再度行わなければならい。そのため、整数サイクル導出までの間、移動体の測位が中断されることとなる。
【００１０】
上記非特許文献２に開示されているLAMBDA法による測位では、以下のような問題が生じる。
第１に、相対航法を利用したＤＧＰＳなどのように、既知の位置に設置された基準局を利用しない。このため、仮の解を精度よく算出するために、数エポック分の観測データを取得しなければならない。従って、観測データ取得のため時間を要するとともに、導出処理が煩雑になる。
第２に、線形写像内に存在する解候補のうち、仮の解に最も近いものを真の解とするため、真の解の精度は、仮の解の精度に大きく影響される。
第３に、サイクルスリップ発生を検知することができないため、サイクルスリップが発生して、測位結果に大きな誤差が含まれていても、判別することができない。
また、サイクルスリップ発生を判別できたとしても、整数サイクルの情報が失われてしまうため、整数サイクルの導出を再度行わなければならない。そのため、整数サイクル導出までの間、移動体の測位が中断されることとなる。
【００１１】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、その第１の目的は、整数サイクルの導出を簡便な手法により、且つ、迅速に行うことにより、高精度な測位をリアルタイムで実現する測位方法、測位プログラム、及びＧＰＳ受信装置を提供することである。
本発明の第２の目的は、サイクルスリップが発生しても継続的に測位結果を出力することが可能な衛星を用いた測位方法、測位プログラム、及びＧＰＳ受信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、少なくとも４つの衛星からの観測データに基づいて、移動局の測位を行う衛星を用いた測位方法であって、前記移動局及び既知の位置にある基準局が４つの衛星から受信した観測データに基づいて、整数サイクルを導出する整数サイクル導出過程と、前記整数サイクル導出過程により導出された前記整数サイクルを用いて、次のエポック以降の前記移動体の測位を行う測位過程とを備え、前記整数サイクル導出過程は、前記基準局及び前記移動局が受信した観測データを用いて、前記移動局の位置に関する仮の解を求める過程と、前記仮の解の情報を用いて、真の解が存在する第１の空間領域を求める過程と、前記第１の空間領域を線形写像して第２の空間領域を求め、前記第２の空間領域内に存在する所定の解を真の解となりうる解候補とする過程と、絞り込んだ前記解候補のそれぞれについて、χ二乗検定を行う過程と、前記χ二乗検定の結果、前記解候補が１つに限定された場合に、限定された前記解候補を前記真の解とする過程と、前記真の解から整数サイクルを得る過程とを具備する衛星を用いた測位方法を提供する。
【００１３】
整数サイクル導出過程では、既知の位置にある基準局が４つのＧＰＳ衛星から受信した観測データと、移動局が前記４つのＧＰＳ衛星から受信した観測データとを用いて、移動局の位置に関する仮の解、例えば、仮の位置座標を求める。
このように、位置が既知である基準局の観測データを用いて、移動局の仮の解を求めるので、例えば、電離層遅延ｄiono、対流圏遅延ｄtropなどの誤差を除去した比較的精度の高い仮の解を得ることが可能となる。
【００１４】
上記仮の解を導出する手法の代表的なものとして、ＤＧＰＳが挙げられる。ＤＧＰＳは、既知の位置に設けられた基準局にて受信された観測データを利用して測位を行うことにより、精度の高い測位計算を実現する手法である。
この場合、予め基準局にて、観測データから誤差を除去するための補正データを導出し、この補正データを基準局から移動局へ送信するようにしても良く、また、基準局が受信した観測データ自体と基準局の正確な位置データを移動局へ送信し、移動局にて、上記補正データの導出と仮の解の導出とを実施するようにしても良い。
【００１５】
次に、上記仮の解の情報を用いて、真の解が存在する第１の空間領域を求める。言い換えると、正しい整数サイクルが反映された、誤差の極めて少ない解が存在する第１の空間領域を求める。この第１の空間領域は、仮の解を中心とした確率楕円体であり、例えば、仮の解を導出するために用いた観測データの分散・共分散を使用することにより求めることが可能である。
【００１６】
続いて、第１の空間領域と解候補とを線形写像して、第２の空間領域に存在する解候補を抽出する。このように、線形写像を行うことにより、解候補を効果的に抽出することが可能となる。この手法として、例えば、ＬＡＭＢＤＡ法を適用することが可能である。
そして、抽出された解候補のそれぞれについてχ二乗検定を行い、その解候補が真の解となりうるか否かを判定し、真の解となり得ないものを排除する。そして、解候補が１つに限定された場合には、この解候補を真の解とし、この真の解から整数サイクルを導出する。このように、絞り込まれた解候補についてχ二乗検定を行い、唯一の解に限定された場合にのみ、その解候補を真の解として特定するので、真の解の信頼性を高めることが可能となる。
【００１７】
本発明の衛星を用いた測位方法において、前記整数サイクル導出過程は、２回以上繰り返して行われ、Ｎ+１回目（Ｎは１以上の整数）に得られた前記整数サイクル及びＮ回目までに得られた前記整数サイクルの差が十分小さい値であった場合に、前記Ｎ+１回目に得られた前記整数サイクルを前記測位過程において使用することが好ましい。
【００１８】
このように、何回か連続して同様な整数サイクルが得られた場合に、その整数サイクルを測位過程において使用するので、例えば、複数要素の誤差が作用しあった結果、たまたま唯一の整数サイクルが得られることで、間違った整数サイクルを正しい値としてみなしてしまう可能性を排除することが可能となる。これにより、信頼性の高い整数サイクルを得ることが可能となり、測位精度を向上させることができる。
【００１９】
本発明の衛星を用いた測位方法において、前記測位過程は、少なくとも４つ以上存在する衛星の中からＤＯＰ（Dilution Of Precision）が小さい４つの衛星を選定する過程と、選定した前記４つの衛星からの観測データと、前記整数サイクルとを用いて、前記移動体の測位を行うことが好ましい。
【００２０】
少なくとも４つ以上存在する衛星のうち、ＤＯＰが小さい４つの衛星を選定し、選定した４つの衛星の観測データを用いて移動体の測位を行うので、精度の高い測位結果を得ることが可能となる。
【００２１】
本発明の衛星を用いた測位方法において、前記測位過程は、前記移動体の測位結果をχ二乗検定する過程と、前記χ二乗検定の結果に応じて、サイクルスリップの有無を判定する過程とを備えることが好ましい。
【００２２】
測位を行う度に、サイクルスリップの検定を行うので、サイクルスリップが発生した場合には、迅速に検知することができる。また、χ二乗検定という簡便な手法によりサイクルスリップを検知することが可能となる。
【００２３】
本発明の衛星を用いた測位方法は、前記サイクルスリップが発生していると判定された場合に、少なくともサイクルスリップが発生している前記衛星の整数サイクルを修正する修正過程を備えることが好ましい。
上記修正過程は、例えば、前記観測データを受信した前記４つの衛星とは異なる組み合わせからなる４つの衛星を選定する過程と、新たに選定した前記４つの衛星の観測データと、これら衛星の前記整数サイクルとを用いて、前記移動体の測位を行う過程と、前記測位の結果をχ二乗検定する過程と、前記χ二乗検定の結果に基づいて、サイクルスリップの有無を判定する過程と、サイクルスリップが発生していないと判定された場合に、今回の測位結果を出力する過程とを具備することが好ましい。
【００２４】
このように、サイクルスリップが生じた場合には、衛星の組合せを変更し、変更後の衛星による測位を試みる。そして、変更後の４つの衛星がいずれもサイクルスリップを起こしていないときには、これらの衛星からの観測データを用いて移動体の測位を行う。これにより、サイクルスリップが発生した後においても、移動体の測位を継続して行うことが可能となる。
【００２５】
上記記載の衛星を用いた測位方法は、新たに選定した前記４つの衛星がいずれもサイクルスリップを起こしていなかった場合に、新たに選定した前記４つの衛星以外の衛星の整数サイクルを修正する過程と、修正後の整数サイクルを保持する過程とを備えることが好ましい。
【００２６】
このように、新たに選定した４つの衛星以外の衛星については、その整数サイクルを修正し、修正後の整数サイクルを保持しておくので、再度、衛星の組み合わせが変更された場合でも、これらの整数サイクルを用いて移動局の測位を行うことが可能となる。
【００２７】
上記記載の衛星を用いた測位方法は、新たに選定した前記４つの衛星についてもサイクルスリップが発生していると判定された場合に、予め決められた所定の条件に達するまで、衛星の組合せを変更する過程と、変更した各衛星の組み合わせについて、サイクルスリップの発生の有無を判定する過程とを具備し、前記判定の結果、サイクルスリップが発生しない衛星の組み合わせが存在しなかった場合に、前記整数サイクル導出過程により、整数サイクルの導出を行うことが好ましい。
【００２８】
予め決められた所定の条件に達するまで、衛星の組合せを変更し、変更した各組合せについてサイクルスリップが発生しているか否かを判定するので、サイクルスリップが発生しない組合せを見つけられた場合には、その組み合わせによる衛星からの観測データなどを用いて、移動体の測位を引き続き行うことが可能となる。
そして、いずれの組み合わせによってもサイクルスリップの発生が検知された場合には、整数サイクル導出過程により、整数サイクルの導出が再度行われることとなる。
「予め決められた所定の条件」については、例えば、サイクルスリップの発生が検知されてからの期間、衛星の組合せを変更する回数、組み合わせた衛星のDOPの許容最大値などを適切な値に設定することが可能である。
【００２９】
本発明は、少なくとも４つの衛星からの観測データに基づく移動局の測位をコンピュータシステムに実行させるための測位プログラムであって、前記移動局及び既知の位置にある基準局が４つの衛星から受信した観測データに基づいて、整数サイクルを導出する整数サイクル導出処理と、前記整数サイクル導出過程により導出された前記整数サイクルを用いて、次のエポック以降の前記移動体の測位を行う測位処理とを備え、前記整数サイクル導出処理は、前記基準局及び前記移動局が受信した観測データを用いて、前記移動局の位置に関する仮の解を求めるステップと、前記仮の解の情報を用いて、真の解が存在する第１の空間領域を求めるステップと、前記第１の空間領域を線形写像して第２の空間領域を求め、前記第２の空間領域内に存在する所定の解を真の解となりうる解候補とするステップと、前記解候補のそれぞれについて、χ二乗検定を行うステップと、前記χ二乗検定の結果、前記解候補が１つに限定された場合に、限定された前記解候補を前記真の解とするステップと、前記真の解から整数サイクルを得るステップとを具備する測位プログラムを提供する。
【００３０】
本発明は、少なくとも４つの衛星から送信された衛星信号を使用して移動局の位置を計測するＧＰＳに使用され、前記移動局に搭載されるＧＰＳ受信装置であって、前記衛星から送信された衛星信号を受信するＧＰＳアンテナと、既知の位置にある基準局における観測データ又は前記観測データから導出される補正データを受信する地上アンテナと、前記ＧＰＳアンテナ及び前記地上アンテナにて受信された情報に基づいて、整数サイクルを導出するとともに、導出した前記整数サイクルを用いて、次のエポック以降の測位を行う処理部とを備え、前記処理部は、前記ＧＰＳアンテナ及び前記地上アンテナにて受信された情報を用いて、移動局の位置に関する仮の解を求める処理と、前記仮の解の情報を用いて、真の解が存在する第１の空間領域を求める処理と、前記第１の空間領域を線形写像して第２の空間領域を求め、前記第２の空間領域内に存在する所定の解を真の解となりうる解候補とする処理と、絞り込んだ前記解候補のそれぞれについて、χ二乗検定を行う処理と、前記χ二乗検定の結果、前記解候補が１つに限定された場合に、限定された前記解候補を前記真の解とする処理と、前記真の解から整数サイクルを得る処理とを実行するＧＰＳ受信装置を提供する。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の衛星を用いた測位方法によれば、整数サイクルの導出を簡便な手法により、且つ、迅速に行うので、高精度な測位をリアルタイムで実現することができるという効果を奏する。
また、サイクルスリップに対する耐性をもつので、サイクルスリップが発生しても継続的に測位結果を出力することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、本発明にかかる衛星を用いた測位方法を適用した測位システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る測位システムの全体構成を模式的に示した図である。
【００３３】
図１に示すように、本実施形態に係る測位システムは、少なくとも４個の衛星１０Ａから１０Ｆと、既知の位置にある基準局２と、測位対象である移動局３と、基準局２から送信された所定の情報を移動局３へ送信するための送信機４とを主な構成として備えている。
衛星１０Ａから１０Ｆは、例えば、地球の周りを飛んでいる２４個のＧＰＳ衛星のうちの一部である。ここでは、基準局２及び移動局３が捕捉可能な衛星として、衛星１０Ａから１０Ｆの６つの衛星を例として図示している。
基準局２は、例えば、図２に示されるように、衛星１０Ａなどから送信される衛星信号を受信するＧＰＳアンテナ６１と、ＧＰＳアンテナ６１で受信した衛星信号を処理する処理部６２とを備えるＧＰＳ受信装置６を備えている。
移動局３は、例えば、図２に示されるように、ＧＰＳアンテナ７１と、ＧＰＳアンテナ７１により受信した衛星信号を処理する処理部７２とを備えるＧＰＳ受信装置７を備えている。
上記処理部６２、７２は、アナログ信号処理部６３、７３、デジタル信号処理部６４、７４、及び制御部６５、７５をそれぞれ備えている。
アナログ信号処理部６３、７３は、ＧＰＳアンテナ６１、７１で受信された電波を周波数変換して増幅し、出力する。
デジタル信号処理部６４、７４は、アナログ信号処理部６３、７３の出力信号に含まれている搬送波信号、Ｃ／Ａコード、及び航法データをそれぞれ分離し、これらをデジタル化して観測データを生成し、この観測データを制御部６５、７５に送出する。
制御部６５、７５は、デジタル信号処理部６４、７４を制御するとともに、デジタル信号処理部６４、７４からの観測データを処理し、測位等を行う。
この制御部６５、７５は、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＯＭ（Read
Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等からなるマイクロコンピュータを備えている。
特に、移動局に搭載されるＧＰＳ受信装置７の制御部７５のＲＯＭには、測位を行う際に実行される後述の測位プログラムが格納されている。測位を開始する場合には、制御部７５のＣＰＵが、ＲＯＭに格納されている測位プログラムをＲＡＭに読み出し、この測位プログラムの手順に従って処理を実行することにより、移動局の測位を行う。
【００３４】
このような構成において、移動体の測位は、以下のような手順で行われる。
まず、基準局のＧＰＳ受信装置６及び移動局のＧＰＳ受信装置７は、６個の衛星１０Ａ〜１０Ｆ（図１参照）の中から測位に用いる４つの衛星の組合せを所定の条件に基づいて決定する。例えば、ＤＯＰの小さい順に４つの衛星を選定（以下、選定した４つの衛星を「主衛星」という。また、「主衛星」に選定されなかった衛星を「副衛星」という。）する。本実施形態では、例えば、衛星１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄが主衛星に選定されたとする。また、この場合、衛星１０Ｅ、１０Ｆが副衛星となる。
基準局の制御部６５は、主衛星１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ（図１参照）の観測データに基づき、基準局の測位を行う。そして、この測位結果と、既知である基準局の位置座標とを比較することにより、観測データに含まれている誤差を求め、この誤差を観測データから除去するための補正データを生成する。
例えば、この補正データにより、電離層遅延ｄiono、対流圏遅延ｄtropなどを観測データから除去することが可能となる。
基準局は、この補正データを移動局に対して送信する。
基準局から送信された補正データは、送信機４を介して移動局へ送信され、移動局が搭載しているＧＰＳ受信装置７の図示しない地上アンテナにて受信される。移動局のＧＰＳ受信装置７は、この補正データを制御部７５の内部記憶装置に格納し、保持する。
【００３５】
次に、移動局は、上記補正データと、主衛星１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ（図１参照）の観測データとを用いて、測位を行う。これは、ＧＰＳ受信装置７内の制御部７５が測位プログラムを実行することにより実現される。
ここで、本実施形態に係る測位プログラムは、観測データに未知の整数として含まれている整数サイクルを算出するための整数サイクル導出処理と、整数サイクル導出処理により、整数サイクルが決定された後に実行される測位処理とから構成されている。
移動局のＧＰＳ受信装置７の制御部７５は、まず、整数サイクル導出処理を実行し、整数サイクルの決定を行う。
【００３６】
以下、測位プログラムの実行手順について、図３を参照しながら詳しく説明する。
まず、整数サイクル導出処理では、主衛星１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ（図１参照）の観測データと、基準局からの補正データとに基づいて、移動局の測位、ここでは、移動局の仮の位置座標（以下「仮の解」という。）を算出する（ステップＳＡ１）。
次に、上記仮の解の情報を用いて、真の解が存在する第１の空間領域を求める（ステップＳＡ２）。
上記第１の空間領域は、例えば、仮の解を導出した観測データの分散共分散により仮の解の確率楕円体として求めることが可能である。
なお、上述したステップＳＡ１の処理は、公知であるＤＧＰＳと同様の手法により、実現することが可能である。また、ＳＡ２の処理は、公知であるＫＧＰＳと同様の手法により、実現することが可能である。
【００３７】
続いて、第１の空間領域を線形写像して第２の空間領域を求め、この第２の空間領域内に存在する所定の解を「真の解」となりうる解候補とする（ステップＳＡ３）。ここで、真の解とは、正しい整数サイクルが反映された、誤差の極めて少ない解である。
このように、第１の空間領域を線形写像することにより、解候補を効果的に抽出することが可能となる。この手法として、例えば、ＬＡＭＢＤＡ法を適用することが可能である。
次に、ステップＳＡ３にて抽出された各解候補について、χ二乗検定を行う（ステップＳＡ４）。
例えば、ステップＳＡ３において、ＬＡＭＢＤＡ法により、解候補の抽出を行った場合、抽出された解候補は、位置として表現されていることとなる。一方、ステップＳＡ２において導出した分散共分散を使用したχ二乗検定を行う場合、その対象となる解候補は、距離（搬送波位相＋整数サイクル）で表現されていなければならない。従って、ＬＡＭＤＡ法の適用により、ステップＳＡ３による解候補の抽出を行った場合には、位置で表現された解候補を一旦、距離の表現に戻した後に、距離により表現された各解候補について、χ二乗検定を実施する。
【００３８】
続いて、χ二乗検定の結果、解候補が１つに限定されているか否かを判断する（ステップＳＡ５）。この結果、解候補が１つに限定されなかった場合には、「NO」となり、ステップＳＡ１に戻り、次のエポックについて、同様の処理を実行し、１つの解が得られるまで、ステップＳＡ１からステップＳＡ５までを繰り返す。
そして、ステップＳＡ５において、解候補が１つに限定された場合には（ステップＳＡ５において「YES」）、この解候補を真の解として決定し（ステップＳＡ６）、この真の解から整数サイクルを導出する（ステップＳＡ７）。
続いて、今回得られた整数サイクル及び前回までに得られた整数サイクルの差が十分小さい値であるか否かを判断する。例えば、今回得られた整数サイクルと前回得られた整数サイクルとの差が十分小さく、ほぼ同じであるか否かを判断する（ステップＳＡ８）。ここで、今回は当該ルーチンの１ループ目であり、前回の整数サイクルが保持されていない。従って、ステップＳＡ８において「NO」となり、今回の整数サイクルを保持した後（ステップＳＡ９）、ステップＳＡ１に戻り、次のエポックについて、同様の処理を行う。
【００３９】
このようにして、次以降のエポックにおいて、同様に整数サイクルが導出され（ステップＳＡ７）、ステップＳＡ８について、今回の整数サイクルと前回の整数サイクルとの差が十分小さく、ほぼ同じであると判断された場合には（ステップＳＡ８において「YES」）、今回の整数サイクルを後述の測位処理において使用する整数サイクルとして決定し（ステップＳＡ１０）、当該整数サイクル導出処理を終了する。
【００４０】
以上のように、本実施形態に係る整数サイクル導出処理によれば、既知の位置にある基準局と移動局とが受信した観測データに基づいて仮の解を求めるので、非常に簡便な手法により、信頼性の高い仮の解を導出することが可能となる。
また、第１の空間領域だけでなく、第１の空間領域を線形写像させた第２の空間領域を用いることにより、非常に効果的に解候補を抽出することが可能となる。
更に、抽出された解候補についてχ二乗検定を行い、唯一の解に限定された場合にのみ、その解候補を真の解として特定するので、真の解の信頼性を高めることができる。
【００４１】
次に、上述した整数サイクル導出処理を実行することにより、整数サイクルが決定されると、以降のエポックにおいては、決定された整数サイクルを用いて移動体の測位が実施される。
この移動体の測位は、移動体が備えるＧＰＳ受信装置７の制御部７５が測位プログラムの測位処理を実行することにより実現される。
以下、測位処理について図４を参照して詳しく説明する。
まず、主衛星１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ（図１参照）からの観測データと、整数サイクルとに基づいて、測位計算を行う（ステップＳＢ１）。
次に、ステップＳＢ１にて得られた測位結果を用いて、主衛星１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄにサイクルスリップが発生しているか否かを判定する（ステップＳＢ２）。このサイクルスリップの判定は、ステップＳＢ１で得られた測位結果を、距離の表現にて副衛星１０Ｅ、１０Ｆについてχ二乗検定を実施し、この検定結果が不合格（例えば、観測残差から導出されるχ二乗値が所定のχ二乗分布のパーセント点より大きい値）であれば、サイクルスリップが発生していると判定する。
ステップＳＢ２において、サイクルスリップが発生していないと判断した場合には、ステップＳＢ１で得られた測位結果を移動局の現在位置として出力し（ステップＳＢ３）、当該エポックにおける測位処理を終了する。
そして、次のエポックにおいても、当該測位処理を行うことにより、継続的に移動局の測位を行う。
【００４２】
一方、ステップＳＢ２において、サイクルスリップが発生していると判断した場合には、サイクルスリップ修正処理を実行する（ステップＳＢ４）。
具体的には、図５に示すように、まず、測位計算に使用していた主衛星１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄと異なる組み合わせの４つの衛星を選定する（ステップＳＣ１）。例えば、本実施形態では、図１に示すように、主衛星として使用していた衛星１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ以外に、捕捉可能な衛星として１０Ｅと１０Ｆが存在する。
従って、まず、今まで主衛星として使用していた１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄのいずれかを１０Ｅと変更した組み合わせ、例えば、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅの４つを新たな主衛星として選定し、この選定した４つの衛星１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅからの観測データと、上述の整数サイクル導出処理にて得られた各衛星の整数サイクルとを用いて、測位計算を行う（ステップＳＣ２）。ここで、上記整数サイクル導出処理（図３参照）では、主衛星として選定した衛星１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ以外の衛星である１０Ｅ、１０Ｆについても、「真の解」に基づいて整数サイクルを導出、決定しており（図３のステップＳＡ６からステップＳＡ１０参照）、これらの整数サイクルを制御部７５の内部記憶装置に保持している。これにより、今回のように、主衛星の組み合わせが変更された場合にも、迅速に対応できるように構成されている。
【００４３】
続いて、ステップＳＣ１における測位結果をχ二乗検定し、サイクルスリップが発生しているか否かを判断する（ステップＳＣ３）。
この結果、サイクルスリップが発生していないと判定された場合には（ステップＳＣ３において「NO」）、今回の測位に使用された４つの衛星以外の衛星、つまり衛星１０Ａと１０Ｆの整数サイクルを算出する（ステップＳＣ４）。この整数サイクルは、今回の測位結果、つまりステップＳＣ２において得た測位結果と、各衛星１０Ａ、１０Ｆの観測データとに基づいて、それぞれ得ることが可能である。
続いて、ステップＳＣ２で得られた測位結果を今回のエポックの測位結果として出力し（ステップＳＣ５）、当該修正処理を終了する。そして、次エポックにおいては、ステップＳＣ１にて選定した衛星、つまり１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅからの観測データとそれぞれの整数サイクルとに基づいて、図４に示した測位処理を継続して行う。
【００４４】
一方、図５に示したサイクルスリップ修正処理のステップＳＣ３において、ステップＳＣ１にて選定した組み合わせによる主衛星によってもサイクルスリップが発生していると判定された場合には（ステップＳＣ３において「YES」）、今までの組み合わせと異なる主衛星の組み合わせが存在するか否かを判断する（ステップＳＣ６）。
この結果、今までと異なる組み合わせが存在するので（ステップＳＣ６において「YES」）、ステップＳＣ１に戻り、今までの組み合わせと異なる新たな主衛星の組合せを選定する（例えば、衛星１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆの組み合わせなど）。
このようにして、サイクルスリップが発生していない主衛星の組み合わせがみつかるまで、ステップＳＣ１からＳＣ３の処理を繰り返し行い、サイクルスリップが発生していない組み合わせが見つかれば、上述したステップＳＣ４以降の処理を実行することで、継続的に移動局の測位を行う。
【００４５】
一方、全ての組み合わせにおいて、サイクルスリップの発生が検知された場合には（ステップＳＣ６において「NO」）、整数サイクルの修正は不可能であると判断し（ステップＳＣ７）、当該サイクルスリップ修正処理を終了する。
そして、正しい整数サイクルを導出すべく、図３に示した整数サイクル導出処理を再度実行する。
【００４６】
以上述べてきたように、本実施形態に係る測位処理及びサイクルスリップ修正処理によれば、サイクルスリップが生じた場合に、主衛星の組合せを変更し、変更後の主衛星による測位を試みる。そして、変更後の主衛星の組み合わせにおいて、サイクルスリップが検知されなかった場合には、これらの衛星による測位を行うこととするので、サイクルスリップが発生しても、連続的に測位を行うことが可能となる。
また、サイクルスリップが発生しない主衛星の組合せを見つけた場合には、その組み合わせからなる主衛星の観測データを用いて得られた測位結果を用いて、上記主衛星以外の衛星の整数サイクルを修正するので、次回、主衛星の変更が行われた場合にも、迅速に対応することが可能となる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、図５に示したサイクルスリップ修正処理において、サイクルスリップが発生していない主衛星の組み合わせが見つかるまで、主衛星の組合せを変更していたが、この例に限定されず、「予め決められた所定の条件」に達するまで、主衛星の変更を行うようにしても良い。
例えば、予め主衛星の選定変更の回数の上限（例えば、５回など）を決めておき、主衛星の選定を５回行った結果、サイクルスリップが発生していない組み合わせを見つけられなかった場合には、それ以降の組み合わせの変更を断念して、当該サイクルスリップ修正処理を終了するようにしても良い。また、回数でなく、サイクルスリップ修正処理の開始から終了までの時間を決めておき、所定の時間内にサイクルスリップの修正が不可能であった場合には、当該処理を終了して、再度整数サイクルの導出処理を実行するようにしても良い。
【００４８】
また、図５に示したサイクルスリップ修正処理において、ステップＳＣ３で、サイクルスリップが発生していない組み合わせが見つかったことにより、ステップＳＣ４でサイクルスリップを発生した衛星の整数サイクルを導出することができた場合には、全ての衛星１０Ａ〜１０Ｆについて整数サイクルを有している状態になるので、次エポックからの測位計算においては、衛星１０Ａ〜１０Ｆのうち、ＤＯＰが小さい４つの衛星を選定しなおし、新たに選定した４つの衛星を用いて、移動局の測位を行うようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の測位システムの全体構成を示す図である。
【図２】図１に示した基準局及び移動局の電気的構成を示したブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る測位プログラムのうち、整数サイクル導出処理の手順を示したフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係る測位プログラムのうち、測位計算処理の手順を示したフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に係る測位計算処理のサブルーチンであるサイクルスリップ修正処理の手順を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００５０】
２  基準局
３  移動局
４  送信機
５  受信機
１０Ａ〜１０Ｆ  衛星
６、７  ＧＰＳ受信装置
６１、７１  ＧＰＳアンテナ
６２、７２  処理部
６３、７３  アナログ信号処理部
６４、７４  デジタル信号処理部
６５、７５  制御部
【図１】
2006071370.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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