(57)【要約】【課題】サイクルスリップの検出ならびにサイクルスリップが発生している人工衛星の特定を効率的且つ確実に行うことが可能なサイクルスリップ検出装置及びサイクルスリップ検出方法を提供する。【解決手段】人工衛星２ａと人工衛星２ｂのそれぞれにおけるキャリア位相加速度と加速度平均値との差分と、これらの差分の差である人工衛星差分差とを求める演算部と８と、この人工衛星差分差と所定の閾値とを比較し、人工衛星差分差が閾値より大である場合に人工衛星２ａ及び２ｂのそれぞれにおける差分と所定の閾値とを比較し、差分が前記の閾値より大である人工衛星にサイクルスリップが発生していると判定する判定部９とを設ける。【選択図】図１
2006220512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の人工衛星を含む全地球測位システムにおいて発生するサイクルスリップを検出するためのサイクルスリップ検出装置であって、
観測対象である人工衛星の過去における擬似距離をｎ次の方程式により最小二乗近似し、これにより未来時刻における擬似距離を推定し、該擬似距離に基づいて前記未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、該キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、前記時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と前記平均値との差分を求める第１の演算手段と、
前記観測対象である人工衛星とは別の人工衛星の過去における擬似距離をｎ次の方程式により最小二乗近似し、これにより未来時刻における擬似距離を推定し、該擬似距離に基づいて前記未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、該キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、前記時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と前記平均値との差分を求める第２の演算手段と、
前記第１の演算手段により求められた前記観測対象である人工衛星における差分と前記第２の演算手段により求められた前記別の人工衛星における差分との差である人工衛星間差分差を求める第３の演算手段と、
前記人工衛星間差分差と所定の閾値とを比較する第１の比較手段と、
前記人工衛星間差分差が前記閾値より大である場合に前記観測対象である人工衛星と前記別の人工衛星のそれぞれにおける差分と所定の閾値とを比較する第２の比較手段と、
前記観測対象である人工衛星における差分が所定の閾値より大である場合に該観測対象である人工衛星においてサイクルスリップが発生していると判定し、前記別の人工衛星における差分が所定の閾値より大である場合に該別の人工衛星においてサイクルスリップが発生していると判定する判定手段と
を有することを特徴とするサイクルスリップ検出装置。
【請求項２】
複数個の人工衛星を含む全地球測位システムにおいて発生するサイクルスリップを検出するためのサイクルスリップ検出装置であって、
観測対象である人工衛星の軌道に関する情報であるエフェメリスに基づいて該人工衛星までの距離を算出し、該距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、該キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、前記時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と前記平均値との差分を求める第１の演算手段と、
前記観測対象である人工衛星とは別の人工衛星のエフェメリスに基づいて該人工衛星までの距離を算出し、該距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、該キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、前記時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と前記平均値との差分を求める第２の演算手段と、
前記第１の演算手段により求められた前記観測対象である人工衛星における差分と前記第２の演算手段により求められた前記別の人工衛星における差分との差である人工衛星間差分差を求める第３の演算手段と、
前記人工衛星間差分差と所定の閾値とを比較する第１の比較手段と、
前記人工衛星間差分差が前記閾値より大である場合に前記観測対象である人工衛星と前記別の人工衛星のそれぞれにおける差分と所定の閾値とを比較する第２の比較手段と、
前記観測対象である人工衛星における差分が所定の閾値より大である場合に該観測対象である人工衛星においてサイクルスリップが発生していると判定し、前記別の人工衛星における差分が所定の閾値より大である場合に該別の人工衛星においてサイクルスリップが発生していると判定する判定手段と
を有することを特徴とするサイクルスリップ検出装置。
【請求項３】
複数個の人工衛星を含む全地球測位システムにおいて発生するサイクルスリップを検出するためのサイクルスリップ検出装置であって、
観測対象である人工衛星の過去における擬似距離をｎ次の方程式により最小二乗近似し、これにより未来時刻における擬似距離を推定し、該擬似距離に基づいて前記未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、該キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、前記時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と前記平均値との差分を求め、該差分と所定の閾値とを比較する第１の比較手段と、
差分が前記閾値より大である場合に前記観測対象である人工衛星とは別の人工衛星の過去における擬似距離をｎ次の方程式により最小二乗近似し、これにより未来時刻における擬似距離を推定し、該擬似距離に基づいて前記未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、該キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、前記時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と前記平均値との差分を求め、該差分と所定の閾値とを比較する第２の比較手段と、
前記第２の比較手段により求められた差分が前記閾値以下である場合にサイクルスリップが発生していると判定する判定手段と
を有することを特徴とするサイクルスリップ検出装置。
【請求項４】
複数個の人工衛星を含む全地球測位システムにおいて発生するサイクルスリップを検出するためのサイクルスリップ検出装置であって、
観測対象である人工衛星のエフェメリスに基づいて該人工衛星までの距離を算出し、該距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、該キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、前記時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と前記平均値との差分を求め、該差分と所定の閾値とを比較する第１の比較手段と、
差分が前記閾値より大である場合に前記観測対象である人工衛星とは別の人工衛星のエフェメリスに基づいて該人工衛星までの距離を算出し、該距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、該キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、前記時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と前記平均値との差分を求め、該差分と所定の閾値とを比較する第２の比較手段と、
前記第２の比較手段により求められた差分が前記閾値以下である場合にサイクルスリップが発生していると判定する判定手段と
を有することを特徴とするサイクルスリップ検出装置。
【請求項５】
複数個の人工衛星を含む全地球測位システムにおいて発生するサイクルスリップを検出するためのサイクルスリップ検出方法であって、
観測対象である人工衛星の過去における擬似距離をｎ次の方程式により最小二乗近似し、これにより未来時刻における擬似距離を推定し、該擬似距離に基づいて前記未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、該キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、前記時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と前記平均値との差分を求める第１の演算工程と、
前記観測対象である人工衛星とは別の人工衛星の過去における擬似距離をｎ次の方程式により最小二乗近似し、これにより未来時刻における擬似距離を推定し、該擬似距離に基づいて前記未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、該キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、前記時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と前記平均値との差分を求める第２の演算工程と、
前記第１の演算工程において求められた前記観測対象である人工衛星における差分と前記第２の演算工程において求められた前記別の人工衛星における差分との差である人工衛星間差分差を求める第３の演算工程と、
前記人工衛星間差分差と所定の閾値とを比較する第１の比較工程と、
前記人工衛星間差分差が前記閾値より大である場合に前記観測対象である人工衛星と前記別の人工衛星のそれぞれにおける差分と所定の閾値とを比較する第２の比較工程と、
前記観測対象である人工衛星における差分が所定の閾値より大である場合に該観測対象である人工衛星においてサイクルスリップが発生していると判定し、前記別の人工衛星における差分が所定の閾値より大である場合に該別の人工衛星においてサイクルスリップが発生していると判定する判定工程と
を有することを特徴とするサイクルスリップ検出方法。
【請求項６】
複数個の人工衛星を含む全地球測位システムにおいて発生するサイクルスリップを検出するためのサイクルスリップ検出方法であって、
観測対象である人工衛星の軌道に関する情報であるエフェメリスに基づいて該人工衛星までの距離を算出し、該距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、該キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、前記時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と前記平均値との差分を求める第１の演算工程と、
前記観測対象である人工衛星とは別の人工衛星のエフェメリスに基づいて該人工衛星までの距離を算出し、該距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、該キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、前記時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と前記平均値との差分を求める第２の演算工程と、
前記第１の演算工程において求められた前記観測対象である人工衛星における差分と前記第２の演算工程において求められた前記別の人工衛星における差分との差である人工衛星間差分差を求める第３の演算工程と、
前記人工衛星間差分差と所定の閾値とを比較する第１の比較工程と、
前記人工衛星間差分差が前記閾値より大である場合に前記観測対象である人工衛星と前記別の人工衛星のそれぞれにおける差分と所定の閾値とを比較する第２の比較工程と、
前記観測対象である人工衛星における差分が所定の閾値より大である場合に該観測対象である人工衛星においてサイクルスリップが発生していると判定し、前記別の人工衛星における差分が所定の閾値より大である場合に該別の人工衛星においてサイクルスリップが発生していると判定する判定工程と
を有することを特徴とするサイクルスリップ検出方法。
【請求項７】
複数個の人工衛星を含む全地球測位システムにおいて発生するサイクルスリップを検出するためのサイクルスリップ検出方法であって、
観測対象である人工衛星の過去における擬似距離をｎ次の方程式により最小二乗近似し、これにより未来時刻における擬似距離を推定し、該擬似距離に基づいて前記未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、該キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、前記時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と前記平均値との差分を求め、該差分と所定の閾値とを比較する第１の比較工程と、
差分が前記閾値より大である場合に前記観測対象である人工衛星とは別の人工衛星の過去における擬似距離をｎ次の方程式により最小二乗近似し、これにより未来時刻における擬似距離を推定し、該擬似距離に基づいて前記未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、該キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、前記時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と前記平均値との差分を求め、該差分と所定の閾値とを比較する第２の比較工程と、
前記第２の比較工程において求められた差分が前記閾値以下である場合にサイクルスリップが発生していると判定する判定工程と
を有することを特徴とするサイクルスリップ検出方法。
【請求項８】
複数個の人工衛星を含む全地球測位システムにおいて発生するサイクルスリップを検出するためのサイクルスリップ検出方法であって、
観測対象である人工衛星のエフェメリスに基づいて該人工衛星までの距離を算出し、該距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、該キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、前記時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と前記平均値との差分を求め、該差分と所定の閾値とを比較する第１の比較工程と、
差分が前記閾値より大である場合に前記観測対象である人工衛星とは別の人工衛星のエフェメリスに基づいて該人工衛星までの距離を算出し、該距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、該キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、前記時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と前記平均値との差分を求め、該差分と所定の閾値とを比較する第２の比較工程と、
前記第２の比較工程において求められた差分が前記閾値以下である場合にサイクルスリップが発生していると判定する判定工程と
を有することを特徴とするサイクルスリップ検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全地球測位システム（ＧＰＳ：Global Positioning System）において発生するサイクルスリップを検出するためのサイクルスリップ検出装置及びサイクルスリップ検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳは、複数個の人工衛星と、これらの人工衛星からデータ受信する受信機とからなり、この受信機を車両、船舶、航空機といった移動体に搭載することにより、正確な位置、速度等を測定することができる（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】日本測地学会「新訂版  ＧＰＳ−人工衛星による精密測位システム」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のＧＰＳには、以下の解決すべき課題が存在する。  
受信機が人工衛星からデータを受信し、測位を行うためには、人工衛星から発せられた搬送波を受信し、これによりデータの送信元である人工衛星の位置を把握し続ける必要がある。
【０００４】
通常、人工衛星の追尾を行うに際の不確定性は一定であるが、例えば受信機と人工衛星との間に樹木や建築物等の遮蔽物が存在する場合、搬送波の受信が中断され、受信が再開された際には、上記の不確定性の値が変化してしまう。このような現象はサイクルスリップと呼ばれ、正確な測位を行うことの阻害要因となっている。
【０００５】
上記のサイクルスリップの値は、Ｌ１信号（周波数：１５７５．４２Ｍｈｚ、波長：約１９ｃｍ）の場合、約１９ｃｍである。
【０００６】
上記の人工衛星は、高度約２００００ｋｍの軌道上を周回しており、人工衛星と受信機との距離の変化は、上記のサイクルスリップの値より大であり、また、信号ノイズやマルチパス等の影響により、約１９ｃｍの位相変化を受信機により観測されたキャリア位相そのものから検出することは困難である。
【０００７】
なお、上記のサイクルスリップの検出方法としては、２個の人工衛星の位相データを異なる時刻で２回収集し、３重差をとる方法が挙げられる。しかしながら、この方法では、２個の人工衛星のどちらでサイクルスリップが発生しているかを特定することができない。
【０００８】
このような事情に鑑み本発明は、サイクルスリップの検出ならびにサイクルスリップが発生している人工衛星の特定を効率的且つ確実に行うことが可能なサイクルスリップ検出装置及びサイクルスリップ検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の本発明は、複数個の人工衛星を含む全地球測位システムにおいて発生するサイクルスリップを検出するためのサイクルスリップ検出装置であって、観測対象である人工衛星の過去における擬似距離をｎ次の方程式により最小二乗近似し、これにより未来時刻における擬似距離を推定し、擬似距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と平均値との差分を求める第１の演算手段と、観測対象である人工衛星とは別の人工衛星の過去における擬似距離をｎ次の方程式により最小二乗近似し、これにより未来時刻における擬似距離を推定し、擬似距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と平均値との差分を求める第２の演算手段と、第１の演算手段により求められた観測対象である人工衛星における差分と第２の演算手段により求められた別の人工衛星における差分との差である人工衛星間差分差を求める第３の演算手段と、人工衛星間差分差と所定の閾値とを比較する第１の比較手段と、人工衛星間差分差が閾値より大である場合に観測対象である人工衛星と別の人工衛星のそれぞれにおける差分と所定の閾値とを比較する第２の比較手段と、観測対象である人工衛星における差分が所定の閾値より大である場合に該観測対象である人工衛星においてサイクルスリップが発生していると判定し、別の人工衛星における差分が所定の閾値より大である場合に該別の人工衛星においてサイクルスリップが発生していると判定する判定手段とを有することを要旨とする。
【００１０】
請求項２に記載の本発明は、複数個の人工衛星を含む全地球測位システムにおいて発生するサイクルスリップを検出するためのサイクルスリップ検出装置であって、観測対象である人工衛星の軌道に関する情報であるエフェメリスに基づいて人工衛星までの距離を算出し、距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と平均値との差分を求める第１の演算手段と、観測対象である人工衛星とは別の人工衛星のエフェメリスに基づいて人工衛星までの距離を算出し、距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と平均値との差分を求める第２の演算手段と、第１の演算手段により求められた観測対象である人工衛星における差分と第２の演算手段により求められた別の人工衛星における差分との差である人工衛星間差分差を求める第３の演算手段と、人工衛星間差分差と所定の閾値とを比較する第１の比較手段と、人工衛星間差分差が閾値より大である場合に観測対象である人工衛星と別の人工衛星のそれぞれにおける差分と所定の閾値とを比較する第２の比較手段と、観測対象である人工衛星における差分が所定の閾値より大である場合に該観測対象である人工衛星においてサイクルスリップが発生していると判定し、別の人工衛星における差分が所定の閾値より大である場合に該別の人工衛星においてサイクルスリップが発生していると判定する判定手段とを有することを要旨とする。
【００１１】
請求項３に記載の本発明は、複数個の人工衛星を含む全地球測位システムにおいて発生するサイクルスリップを検出するためのサイクルスリップ検出装置であって、観測対象である人工衛星の過去における擬似距離をｎ次の方程式により最小二乗近似し、これにより未来時刻における擬似距離を推定し、擬似距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と平均値との差分を求め、差分と所定の閾値とを比較する第１の比較手段と、差分が閾値より大である場合に観測対象である人工衛星とは別の人工衛星の過去における擬似距離をｎ次の方程式により最小二乗近似し、これにより未来時刻における擬似距離を推定し、擬似距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と平均値との差分を求め、差分と所定の閾値とを比較する第２の比較手段と、第２の比較手段により求められた差分が閾値以下である場合にサイクルスリップが発生していると判定する判定手段とを有することを要旨とする。
【００１２】
請求項４に記載の本発明は、複数個の人工衛星を含む全地球測位システムにおいて発生するサイクルスリップを検出するためのサイクルスリップ検出装置であって、観測対象である人工衛星のエフェメリスに基づいて人工衛星までの距離を算出し、距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と平均値との差分を求め、差分と所定の閾値とを比較する第１の比較手段と、差分が閾値より大である場合に観測対象である人工衛星とは別の人工衛星のエフェメリスに基づいて人工衛星までの距離を算出し、距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と平均値との差分を求め、差分と所定の閾値とを比較する第２の比較手段と、第２の比較手段により求められた差分が閾値以下である場合にサイクルスリップが発生していると判定する判定手段とを有することを要旨とする。
【００１３】
請求項５に記載の本発明は、複数個の人工衛星を含む全地球測位システムにおいて発生するサイクルスリップを検出するためのサイクルスリップ検出方法であって、観測対象である人工衛星の過去における擬似距離をｎ次の方程式により最小二乗近似し、これにより未来時刻における擬似距離を推定し、擬似距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と平均値との差分を求める第１の演算工程と、観測対象である人工衛星とは別の人工衛星の過去における擬似距離をｎ次の方程式により最小二乗近似し、これにより未来時刻における擬似距離を推定し、擬似距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と平均値との差分を求める第２の演算工程と、第１の演算工程において求められた観測対象である人工衛星における差分と第２の演算工程において求められた別の人工衛星における差分との差である人工衛星間差分差を求める第３の演算工程と、人工衛星間差分差と所定の閾値とを比較する第１の比較工程と、人工衛星間差分差が閾値より大である場合に観測対象である人工衛星と別の人工衛星のそれぞれにおける差分と所定の閾値とを比較する第２の比較工程と、観測対象である人工衛星における差分が所定の閾値より大である場合に該観測対象である人工衛星においてサイクルスリップが発生していると判定し、別の人工衛星における差分が所定の閾値より大である場合に該別の人工衛星においてサイクルスリップが発生していると判定する判定工程とを有することを要旨とする。
【００１４】
請求項６に記載の本発明は、複数個の人工衛星を含む全地球測位システムにおいて発生するサイクルスリップを検出するためのサイクルスリップ検出方法であって、観測対象である人工衛星の軌道に関する情報であるエフェメリスに基づいて人工衛星までの距離を算出し、距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と平均値との差分を求める第１の演算工程と、観測対象である人工衛星とは別の人工衛星のエフェメリスに基づいて人工衛星までの距離を算出し、距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と平均値との差分を求める第２の演算工程と、第１の演算工程において求められた観測対象である人工衛星における差分と第２の演算工程において求められた別の人工衛星における差分との差である人工衛星間差分差を求める第３の演算工程と、人工衛星間差分差と所定の閾値とを比較する第１の比較工程と、人工衛星間差分差が閾値より大である場合に観測対象である人工衛星と別の人工衛星のそれぞれにおける差分と所定の閾値とを比較する第２の比較工程と、観測対象である人工衛星における差分が所定の閾値より大である場合に該観測対象である人工衛星においてサイクルスリップが発生していると判定し、別の人工衛星における差分が所定の閾値より大である場合に該別の人工衛星においてサイクルスリップが発生していると判定する判定工程とを有することを要旨とする。
【００１５】
請求項７に記載の本発明は、複数個の人工衛星を含む全地球測位システムにおいて発生するサイクルスリップを検出するためのサイクルスリップ検出方法であって、観測対象である人工衛星の過去における擬似距離をｎ次の方程式により最小二乗近似し、これにより未来時刻における擬似距離を推定し、擬似距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と平均値との差分を求め、差分と所定の閾値とを比較する第１の比較工程と、差分が閾値より大である場合に観測対象である人工衛星とは別の人工衛星の過去における擬似距離をｎ次の方程式により最小二乗近似し、これにより未来時刻における擬似距離を推定し、擬似距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と平均値との差分を求め、差分と所定の閾値とを比較する第２の比較工程と、第２の比較工程において求められた差分が閾値以下である場合にサイクルスリップが発生していると判定する判定工程とを有することを要旨とする。
【００１６】
請求項８に記載の本発明は、複数個の人工衛星を含む全地球測位システムにおいて発生するサイクルスリップを検出するためのサイクルスリップ検出方法であって、観測対象である人工衛星のエフェメリスに基づいて人工衛星までの距離を算出し、距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と平均値との差分を求め、差分と所定の閾値とを比較する第１の比較工程と、差分が閾値より大である場合に観測対象である人工衛星とは別の人工衛星のエフェメリスに基づいて人工衛星までの距離を算出し、距離に基づいて未来時刻におけるキャリア位相加速度を推定し、キャリア位相加速度の所定の時間範囲内における平均値を算出し、時刻におけるキャリア位相加速度の実測値と平均値との差分を求め、差分と所定の閾値とを比較する第２の比較工程と、第２の比較工程において求められた差分が閾値以下である場合にサイクルスリップが発生していると判定する判定工程とを有することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、サイクルスリップの検出ならびにサイクルスリップが発生している人工衛星の特定を効率的且つ確実に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を提示しつつ本発明のサイクルスリップ検出装置及びサイクルスリップ検出方法について説明する。  
なお、以下の実施例は、あくまでも本発明の説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であれば、これらの各要素又は全要素を含んだ各種の実施例を採用することが可能であるが、これらの実施例も本発明の範囲に含まれる。  
また、以下の実施例を説明するための全図において、同一の要素には同一の符号を付与し、これに関する反復説明は省略する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施例（実施例１）に係るＧＰＳ（全地球測位システム）１の構成図である。  
このＧＰＳ１は、複数個の人工衛星２（本図では、２ａから２ｄの５個を図示）と、人工衛星２から送信されたデータ３（３ａから３ｄ）を受信するサイクルスリップ検出装置４とからなる。
【００２０】
サイクルスリップ検出装置４は、人工衛星２から擬似距離情報、キャリア位相情報等を受信し、これらの情報に基づいてサイクルスリップを検出するものであり、アンテナ部５と、受信部６と、記憶部７と、演算部８と、判定部９と、入出力部１０とからなる。
【００２１】
受信部６は、人工衛星２からアンテナ部５を介して上記の各種情報を受信する。
【００２２】
演算部８は、受信部６により受信された情報に基づ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ための判断材料となる数値を演算する。
【００２３】
演算処理を行う。
【００２４】
記憶部７は、判定部９による判定に必要な閾値等を記憶する。
【００２５】
判定部９は、演算部８の演算結果に基づ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。
【００２６】
なお、上記の記憶部７に記憶される数式、演算部８及び９の処理の詳細については後述する。
【００２７】
入出力部１０は、ユーザによる入力信号（処理開始の指示信号等）の受付、また、ユーザへの演算結果や判定結果等の出力を行う。
【００２８】
次に、上記のサイクルスリップ検出装置４によるサイクルスリップ検出の原理について説明する。  
上記の擬似距離Rsi及びキャリア位相φsiは以下の式で表される。
【００２９】
【数１】
2006220512.tif 000003
【００３０】
なお、上記の式におけるRisは観測地点ｉで観測した人工衛星ｓ（例えば、２ａ）の擬似距離[m]、φisは観測地点ｉで観測したキャリア位相[cycle]（全体にλを掛けて単位をmとした場合も同じ原理となる）、ρisは人工衛星ｓとサイクルスリップ検出装置４の真の距離（幾何学的距離）、N isは整数不確定値（アンビギュイティ）、dep isはエフェメリス誤差、dti：サイクルスリップ検出装置４のクロックオフセット、dｔｓは人工衛星ｓのクロックオフセット、dtrpisは観測地点ｉで観測した人工衛星ｓの対流圏遅延量[m]、dionisは観測地点ｉで観測した人工衛星ｓの電離層遅延量[m]、ｄMisは観測地点ｉで観測した人工衛星ｓのマルチパス[cycle]、ερはコードレンジ雑音等の誤差[m]、εφはキャリア位相雑音等の誤差[cycle]を指す。
【００３１】
なお、データ収集時間間隔が1秒程度であれば、対流圏遅延量及び電離層遅延量の変化は無視できるものと考えられる。
【００３２】
また、本発明のサイクルスリップ検出装置４においては、サイクルスリップを検出するにあたって、「擬似距離最小二乗法」、「エフェメリスに基づく方法」を用いる。以下、これらの詳細について説明する。
【００３３】
「方式１：擬似距離最小二乗法を用いる場合」
上記の擬似距離を最小二乗法程式で近似した値は、以下の式で表される。
【００３４】
【数２】
2006220512.tif 000004
【００３５】
また、上記の（３）式をサイクル単位に変換し（２）式より引くと以下の式のようになる。
【００３６】
【数３】
2006220512.tif 000005
【００３７】
なお、この（４）式の左辺δ（      ）は、最小二乗法により近似した値と真値との誤差（モデル誤差）を示している。
【００３８】
また、（４）式の近接データ間の差分(速度)は、（５’）式に示すようにサイクルスリップがなければ、整数不確定値は変化がないため差分はゼロになる。２個の収集サンプル間でサイクルスリップが発生した場合、整数不確定値が変化する。この際の整数変化値をｎs1とすると以下の（５）式のようになる。
【００３９】
【数４】
2006220512.tif 000006
【００４０】
ここで、各文字にある・は、速度を表している。人工衛星２までの距離ρの速度は、±1km/s程度にまでなる。
【００４１】
この場合には、擬似距離の２次方程式最小二乗近似式で近似した距離ρを引いているため、距離ρの速度は本来の速度よりも遅くなる。
【００４２】
また、人工衛星時刻は、人工衛星２が原子時計を搭載しているため、10-11〜10-12  s/s程度の変化をし、1秒間で0.03〜0.0003m/sで変化する。さらに、原子時計の加速度変化はゼロである。
【００４３】
一方、サイクルスリップ検出装置４の受信部６に設けられた内部クロックは、10-6s/s程度の変化をするため、１秒間あたり３km/sで変化する。この内部クロックには、加速度成分も存在するため、この場合も、擬似距離の２次最小二乗近似で近似した値を引いているため、変化量は本来よりも少なくなる。
【００４４】
また、マルチパスの速度変化に関しては、観測地点から見た人工衛星２の動きはゆっくりしたものであり、仰角が１度変化するのには数分以上を要し、１秒間での変化量は無視できるものである。
【００４５】
このため、人工衛星、反射物、サイクルスリップ検出装置４の幾何学的関係は、１秒間では変化がないものとみなすことができ、幾何学的関係が変化しないため、マルチパスの速度成分はゼロとみなせる。
【００４６】
いずれにしても、キャリア位相速度は、内部クロックの変化などがあるため、±数百m/sの値を取る可能性があるため、整数値変化を見つけることは困難である。
【００４７】
このため、本発明においては、整数値変化を明確にするため、以下の式に示すようにキャリア位相速度の差分（加速度）を求める。
【００４８】
【数５】
2006220512.tif 000007
【００４９】
なお、上記の式におけるｋは、データ収集の順番を示す。
【００５０】
（６）式に示すように、サイクルスリップが発生している場合には、整数値変化が現れる。また、人工衛星時刻の加速度成分は、原子時計を使っているためゼロとみなせる。
【００５１】
また、人工衛星の距離の加速度は、0.019/s2を超えない（GPS Standard Positioning Service performance, 2001）とされており、サイクルスリップ検出装置側のノイズは、1cm/s2以下（例0.0075m/s2）である。
【００５２】
一方、サイクルスリップ検出装置４のクロックの加速度は、使用しているクロック（TCXO,OCXO、Rb,Cs）により異なる。RbやCsを使った場合、クロックの加速度はゼロとみなせる。TCXOを使った場合、加速度は、1×10-6m/s2程度で変化する。１分間では、0.0006m/s2の変化となり、ほぼ一定とみなせる。OCXOについては、TCXOよりも温度特性・短期安定度が良好であるため、１分間で一定とみなせる。
【００５３】
以上のことから、（６）式及び（６’）式から過去数分間（例１分間）の加速度平均値を引くと次のようになる。なお過去数分間の平均は[aφ]1で表す。
【００５４】
【数６】
2006220512.tif 000008
【００５５】
サイクルスリップが発生している場合は、（７）式に示すように整数倍の変化が出る。しかしながら、この際、サイクルスリップ検出装置の内部クロックが大きく変動している、あるいはクロックノイズをサイクルスリップと判定してしまう可能性がある。これを防止するため、人工衛星ｓとは別の人工衛星ｕ（例えば、２ｂ）との差を取ることにより、上記の結果がクロックノイズによるものであるのか、人工衛星ｓに発生した固有のサイクルスリップ現象であるのかを判別することができる。
【００５６】
また、この際、人工衛星間の減算は、上記の（２）式あるいは（４）式の段階で行っても同じ結果となる。
【００５７】
また、サイクルスリップが発生しているか否かの判定は、ある閾値（例、０．７５）を使用し、この閾値よりも大である場合にはサイクルスリップが発生していると判断する。
【００５８】
なお、これにあたっては下記の（８）式を用いる。
【００５９】
この式を用いることによりサイクルスリップが発生したと判断された場合、人工衛星ｓと人工衛星ｕに対応する（７）式の値をチェックし、サイクルスリップがどちら発生したかを判定する。
【００６０】
また、サイクルスリップが発生した場合に、サイクルスリップ検出装置４側の追尾が途絶え、データ３が定期的に出力されてこなくなる場合があり、キャリア位相データの収集時刻間隔が、設定した時刻間隔値よりも大である場合にサイクルスリップが発生したと判定する。
【００６１】
【数７】
2006220512.tif 000009
【００６２】
「方式２：エフェメリス基づく人工衛星位置と精密測量観測点位置を用いる場合」
この方法においては、エフェメリスより人工衛星位置Xsと精密測量観測点位置X0を算出する。なお、これらの値で距離を表すと以下の式のようになる。
【００６３】
【数８】
2006220512.tif 000010
【００６４】
また、上記の（９）式をサイクル単位に変換し（２）式より引くと以下の式のようになる。
【００６５】
【数９】
2006220512.tif 000011
【００６６】
上記の（１０）式の近接データ間の差分（速度）は、サイクルスリップが発生していなければ整数不確定値は変化がないため差分はゼロになる。例えば、２個の収集サンプル間でサイクルスリップが発生した場合、整数不確定値が変化する。この際の整数変化値をｎs1とすると以下の（１１）式のようになる。
【００６７】
【数１０】
2006220512.tif 000012
【００６８】
ここで、各文字にある・は、速度を表している。人工衛星時刻は、人工衛星２が原子時計を搭載しているため、10-11〜10-12s/s程度の変化をし、１秒間で0.03〜0.0003m/sで変化する。さらに、原子時計の加速度変化はゼロである。
【００６９】
一方、サイクルスリップ検出装置の内部クロックは、10-6s/s程度の変化をするため、１秒間あたり３km/sで変化する。この内部クロックには、加速度成分も存在するため、この場合も、擬似距離の２次最小二乗近似で近似した値を引いているため、変化量は本来よりも少なくなる。
【００７０】
また、マルチパスの速度変化に関しては、観測地点から見た人工衛星２の動きはゆっくりしたものであり、仰角が１度変化するのには数分以上を要し、１秒間での変化量は無視できるものである。
【００７１】
このため、人工衛星、反射物、サイクルスリップ検出装置４の幾何学的関係は、１秒間では変化がないものとみなすことができ、幾何学的関係が変化しないため、マルチパスの速度成分はゼロとみなせる。
【００７２】
いずれにしても、キャリア位相速度は、内部クロックの変化などがあるため、±数百m/sの値を取る可能性があるため、整数値変化を見つけることは困難である。
【００７３】
このため、本発明においては、整数値変化を明確にするため、以下の式に示すようにキャリア位相速度の差分（加速度）を求める。
【００７４】
【数１１】
2006220512.tif 000013
【００７５】
なお、上記の式におけるｋは、データ収集の順番を示す。
【００７６】
（６）式に示すように、サイクルスリップが発生している場合には、整数値変化が現れる。また、人工衛星時刻の加速度成分は、原子時計を使っているためゼロとみなせる。
【００７７】
また、人工衛星の距離の加速度は、0.019/s2を超えない（GPS Standard Positioning Service performance, 2001）とされており、サイクルスリップ検出装置側のノイズは、1cm/s2以下（例0.0075m/s2）である。
【００７８】
一方、サイクルスリップ検出装置４のクロックの加速度は、使用しているクロック（TCXO,OCXO、Rb,Cs）により異なる。RbやCsを使った場合、クロックの加速度はゼロとみなせる。TCXOを使った場合、加速度は、1×10-6m/s2程度で変化する。１分間では、0.0006m/s2の変化となり、ほぼ一定とみなせる。OCXOについては、TCXOよりも温度特性・短期安定度が良好であるため、１分間で一定とみなせる。
【００７９】
以上のことから、（１２）式及び（１２’）式から過去数分間（例１分間）の加速度平均値を引くと次のようになる。なお過去数分間の平均は[aφ]1で表す。
【００８０】
【数１２】
2006220512.tif 000014
【００８１】
サイクルスリップが発生している場合は、（１３）式に示すように整数倍の変化が出る。しかしながら、この際、サイクルスリップ検出装置の内部クロックが大きく変動している、あるいはクロックノイズをサイクルスリップと判定してしまう可能性がある。これを防止するため、人工衛星ｓとは別の人工衛星ｕ（例えば、２ｂ）との差を取ることにより、上記の結果がクロックノイズによるものであるのか、人工衛星ｓに発生した固有のサイクルスリップ現象であるのかを判別することができる。
【００８２】
また、この際、人工衛星間の減算は、上記の（２）式あるいは（４）式の段階で行っても同じ結果となる。
【００８３】
また、サイクルスリップが発生しているか否かの判定は、ある閾値（例、０．７５）を使用し、この閾値よりも大である場合にはサイクルスリップが発生していると判断する。
【００８４】
なお、これにあたっては下記の（１４）式を用いる。
【００８５】
この式を用いることによりサイクルスリップが発生したと判断された場合、人工衛星ｓと人工衛星ｕに対応する（１４）式の値をチェックし、サイクルスリップがどちら発生したかを判定する。
【００８６】
また、サイクルスリップが発生した場合に、サイクルスリップ検出装置４側の追尾が途絶え、データ３が定期的に出力されてこなくなる場合があり、キャリア位相データの収集時刻間隔が、設定した時刻間隔値よりも大である場合にサイクルスリップが発生したと判定する。
【００８７】
【数１３】
2006220512.tif 000015
【００８８】
なお、擬似距離やエフェメリス等は受信部６により所定の時間間隔をもって定期的に出力され、観測時刻も同時に記録される。
【００８９】
次に、図２を参照しつつ、上記のサイクルスリップ検出装置４によるサイクルスリップ検知処理の詳細について説明する。  
前記のとおり、人工衛星２ａとアンテナ部５の間に遮蔽物等が存在する場合、受信部６が人工衛星２ａから送信されるデータを定期的に受信できなくなる場合がある。
【００９０】
したがって、演算部８は、観測対象となる人工衛星（例えば、２ａ）のキャリア位相の最新の観測時刻とその前の観測時刻（直近観測時刻）との差（観測間隔）を求め、判定部９は、所定の時間間隔値を記憶部７より読みだし、これと前記の観測間隔とを比較し（Ｓ１１）、観測間隔が所定の時間間隔値より大である場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、サイクルスリップが発生していると判定する（Ｓ２０ａ）。
【００９１】
一方、観測間隔が所定の時間間隔値より大でない場合（Ｓ１１：ＮＯ）、演算部８は、受信部６により出力された人工衛星２ａの擬似距離（過去数回の観測分、本実施例では３回分）をｎ次の方程式（本実施例では２次方程式）により最小二乗近似曲線を算出し（Ｓ１２）、これにより人工衛星２ａの次の観測時刻（未来時刻）における擬似距離を推定すし（Ｓ１３）、これに基づいて未来時刻におけるキャリア位相速度及び加速度を推定する（Ｓ１４）。
【００９２】
また、人工衛星２ａの加速度は常に算出されており、演算部８は、上記の加速度の推定値を算出すると、この値と過去の一定期間内における加速度との平均値を算出する（Ｓ１５）。
【００９３】
未来時刻における加速度が推定され、当該時刻となると、演算部８は、キャリア位相加速度の実測値（観測値）と上記の平均値との差分を算出する（Ｓ１６）。
【００９４】
次に、演算部８は、他の人工衛星（例えば２ｂ）に関しても上記のＳ１２からＳ１６と同様の処理を行い、人工衛星２ｂにおけるキャリア位相加速度の実測値と平均値との差分を算出し（Ｓ１７）、判定部９は、人工衛星２ａにおける差分と人工衛星２ｂにおける差分との差（なお、以降の説明においては、これを“人工衛星間差分差”と呼称する）を算出し（Ｓ１７）、所定の閾値を記憶部７から読み出し、この閾値と人工衛星間差分差とを比較し（Ｓ１８）、人工衛星間差分差が閾値より大でない場合（Ｓ１８：ＮＯ）は、これが受信部６の内部クロックの変位によるものと判断し、サイクルスリップは発生していないと判定する（Ｓ２０ｂ）。
【００９５】
一方、人工衛星間差分差が閾値より大である場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、人工衛星２ａ（Ｓ人工衛星）と２ｂ（Ｕ人工衛星）のそれぞれにおける差分（キャリア位相加速度の観測値と平均値との差分）と閾値とを比較し（Ｓ１９）、人工衛星２ａの差分が閾値より大である場合（Ｓ１９：Ｓ人工衛星）は、この人工衛星２ａにおいてサイクルスリップが発生していると判定し、また、人工衛星２ｂの差分が閾値より大である場合（Ｓ１９：Ｕ人工衛星）は、この人工衛星２ｂにおいてサイクルスリップが発生していると判定する。このように本実施例においてはサイクルスリップが発生した人工衛星を確実に特定できる。
【実施例２】
【００９６】
図３は、本発明の第２の実施例（実施例２）に係るサイクルスリップ検出装置４の処理動作を示す図である。  
上記の実施例１（図１）においては、擬似距離に基づいて加速度平均値を算出する場合を示したが、これには前記のとおりエフェメリスを用いることもできる。以下、その詳細について説明する。
【００９７】
Ｓ２１において上記の観測間隔が時間間隔値より大であると、演算部８は、記憶部７から数式を読み出し、人工衛星２ａのエフェメリスに基づいてこの人工衛星２ａの位置が算出し（Ｓ２２）、この人工衛星の位置と観測点（サイクルスリップ検出装置４の位置）との距離を算出する（Ｓ２４）。
【００９８】
次に、前記の距離に基づいて人工衛星２ａの次の観測時刻（未来時刻）におけるキャリア位相速度及び加速度を推定する（Ｓ２４）。
【００９９】
なお、以降のＳ２５からＳ３０までの処理は、実施例１のＳ１５からＳ２０までの処理と同様であるため説明は省略する。
【実施例３】
【０１００】
図４は、本発明の第３の実施例（実施例３）に係るサイクルスリップ検出装置４の処理動作を示す図である。  
上記の実施例１（図２）においては、加速度平均値の差分を算出した後に、人工衛星間差分差を算出し、これに基づいてサイクルスリップが発生しているか否かの判定を行っていたが、本実施例においては、キャリア位相角度と加速度平均値との差分に基づいて判定を行う。以下、その詳細について説明する。なお、本図（図４）のＳ４１からＳ４６までの処理は、実施例１のＳ１１からＳ１６までの処理と同様であるため説明は省略する。
【０１０１】
Ｓ４６おいてキャリア位相加速度の実測値と加速度平均値との差分が計算されると、判定部９は、記憶部７から所定の閾値を読み出し、この閾値と前記の差分とを比較し（Ｓ４７）、差分が閾値より大でない場合（Ｓ４７：ＮＯ）は、サイクルスリップが判定していないと判定する（Ｓ５９ｂ）。
【０１０２】
一方、上記の差分が閾値より大である場合、他の人工衛星（例えば、２ｂ）に関してもＳ４２からＳ４６と同様の処理を行い、判定部９は、他の人工衛星におけるキャリア位相の差分と前記の閾値とを比較し（Ｓ４８）、差分が閾値より大でない場合（Ｓ４８：ＮＯ）は、これが受信部６の内部クロックの変位によるものと判断し、サイクルスリップは発生していないと判定する（Ｓ４９ｂ）。
【０１０３】
一方、上記の差分が閾値より大である場合（Ｓ４８：ＹＥＳ）は、サイクルスリップが発生していると判定する（Ｓ６ａ）。
【実施例４】
【０１０４】
図５は、本発明の第４の実施例（実施例４）に係るサイクルスリップ検出装置４の処理動作を示す図である。  
上記の実施例３（図４）においては、擬似距離に基づいて加速度平均値を算出し、キャリア位相角度と加速度平均値との差分に基づいて判定を行う場合を示したが、この方法は、本図（図５）に示すように、エフェメリスに基づいて加速度平均値を算出する場合にも適用できる。
【０１０５】
なお、本図のＳ５１からＳ５６までの処理は、実施例２（図３）のＳ２１からＳ２６までの処理と同様であり、Ｓ５７からＳ５９までの処理は、実施例３のＳ４７からＳ４９までの処理と同様であるため説明は省略する。
【０１０６】
以上のとおり本発明によれば、三重差をとるなどの方法を用いずとも、最小約１９ｃｍのサイクルスリップを効率的且つ確実に検出可能となり、キャリア位相を用いた精密な測量を継続的に行うことが可能となる。
【０１０７】
また、サイクルスリップを検出することにより、サイクルスリップにより好ましくない影響を与えられたデータの排除・修正を行うことが可能となり、測位の信頼性と精度を向上させることが可能となる。
【０１０８】
なお、上記のようなサイクルスリップ検出装置を用いるサイクルスリップ検出方法も本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の実施例１に係る全地球測位システムの構成を示す図である。
【図２】図１のサイクルスリップ検出装置の処理動作を示す図である。
【図３】本発明の実施例２に係るサイクルスリップ検出装置の処理動作を示す図である。
【図４】本発明の実施例３に係るサイクルスリップ検出装置の処理動作を示す図である。
【図５】本発明の実施例４に係るサイクルスリップ検出装置の処理動作を示す図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１…全地球測位システム、２…人工衛星、３…データ、４…サイクルスリップ検出装置、５…アンテナ部、６…受信部、７…記憶部、８…演算部、９…判定部、１０…入出力部
【図１】
2006220512.tif 000016
【図２】
2006220512.tif 000017
【図３】
2006220512.tif 000018
【図４】
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【図５】
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