(57)【要約】【課題】算出した移動体の速度情報を利用して測位を行う際に、速度情報に含まれる速度誤差を補正し、速度情報の算出タイミング毎に、補正後の速度情報を用いた正確な測位を行う測位装置及び測位方法を提供する。【解決手段】測位用信号から取得した距離情報と衛星位置情報とを用いて第１の測位結果を得る第１の測位部２と、測位用信号の搬送波に基づいて移動体の速度を算出する速度算出部３と、速度算出部３により算出した速度情報と第３の測位部６による前回の測位結果とを用いて、第２の測位結果を得る第２の測位部４と、第１の測位結果と前記第２の測位結果とを用いて速度誤差を算出する速度誤差算出部5と、算出した速度誤差を用いて速度算出部３で算出した速度情報を補正し、補正後の速度情報と前回の測位結果とを用いて第３の測位結果を得る第３の測位部６とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
既知点との距離と既知点位置情報とを用いて移動体の位置情報を算出し、第１の測位結果を得る第１の測位部と、
移動体の速度を算出する速度算出部と、
前記速度算出部により算出した速度情報と前回の第３の測位結果とを用いて、第２の測位結果を得る第２の測位部と、
前記第１の測位結果と前記第２の測位結果とを用いて、実際の移動体の速度と前記速度算出部で算出した移動体の速度との速度誤差を算出する速度誤差算出部と、
前記算出された速度誤差を用いて前記速度算出部で算出した速度情報を補正し、補正後の速度情報と前回の第３の測位結果とを用いて第３の測位結果を得る第３の測位部とを備えることを特徴とする測位装置。
【請求項２】
測位用衛星から送信された測位用信号を用いて取得した距離情報と衛星位置情報とを用いて移動体の位置情報を算出し、第１の測位結果を得る第１の測位部と、
測位用衛星から送信された測位用信号の搬送波に基づいて前記移動体の速度を算出する速度算出部と、
前記速度算出部により算出した速度情報と前回の第３の測位結果とを用いて、第２の測位結果を得る第２の測位部と、
前記第１の測位結果と前記第２の測位結果とを用いて、実際の移動体の速度と前記速度算出部で算出した移動体の速度との速度誤差を算出する速度誤差算出部と、
前記算出された速度誤差を用いて前記速度算出部で算出した速度情報を補正し、補正後の速度情報と前回の第３の測位結果とを用いて第３の測位結果を得る第３の測位部とを備えることを特徴とする測位装置
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の測位装置において、
前記速度誤差算出部は、前記速度誤差を
（速度誤差）＝{（前記第２の測位結果）−（前記第１の測位結果）}／（所定の時間）
の演算により算出することを特徴とする測位装置。
【請求項４】
既知点との距離と既知点位置情報とを用いて移動体の位置情報を算出し、第１の測位結果を得る第１の測位ステップと、
移動体の速度を算出する速度算出ステップと、
前記速度算出ステップにより算出した速度情報と前回の第３の測位結果とを用いて、第２の測位結果を得る第２の測位ステップと、
前記第１の測位結果と前記第２の測位結果とを用いて、実際の移動体の速度と前記速度算出部で算出した移動体の速度との速度誤差を算出する速度誤差算出ステップと、
前記算出された速度誤差を用いて前記速度算出ステップで算出した速度情報を補正し、補正後の速度情報と前回の第３の測位結果とを用いて第３の測位結果を得る第３の測位ステップとを含むことを特徴とする測位方法。
【請求項５】
測位用衛星から送信された測位用信号を用いて取得した距離情報と衛星位置情報とを用いて移動体の位置情報を算出し、第１の測位結果を得る第１の測位ステップと、
測位用衛星から送信された測位用信号の搬送波に基づいて前記移動体の速度を算出する速度算出ステップと、
前記速度算出ステップにより算出した速度情報と前回の第３の測位結果とを用いて、第２の測位結果を得る第２の測位ステップと、
前記第１の測位結果と前記第２の測位結果とを用いて、実際の移動体の速度と前記速度算出ステップで算出した移動体の速度との速度誤差を算出する速度誤差算出部と、
前記算出された速度誤差を用いて前記速度算出部で算出した速度情報を補正し、補正後の速度情報と前回の第３の測位結果とを用いて第３の測位結果を得る第３の測位部とを含むことを特徴とする測位方法
【請求項６】
請求項５又は請求項６に記載の測位方法において、
前記速度誤差算出ステップでは、前記速度誤差を
（速度誤差）＝{（前記第２の測位結果）−（前記第１の測位結果）}／（所定の時間）
の演算により算出することを特徴とする測位方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体の位置を計測する測位装置及び測位方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
既知点である測位用衛星から発射された電波が受信点に辿り着くまでの伝搬時間を計測して測位用衛星からの距離を知り、これを使って移動体の現在位置を求めるＧＰＳ等の測位装置では伝搬時間に誤差があるため、その測位結果には誤差が含まれることとなる。
【０００３】
一般に、ＧＰＳ測位装置では４個以上の衛星までの擬似距離を知り３次元位置を求める。天空が開けた状態であれば、通常６個から８個の衛星を利用できるため、ＧＰＳ測位装置ではこれら全てを使って測位計算を行う。この時、ＧＰＳ測位装置で利用できる衛星は、地球の自転や衛星の移動によって時間の経過に伴って変化する。そのため、使っていた衛星が変わると伝搬時間に含まれていた誤差の様子が変化してしまい、使用衛星の変化時にＧＰＳ測位装置で得られる測位結果がステップ的に変化する現象が生じる。
また、ＧＰＳ測位装置には観測雑音が存在するため、衛星からの測位信号を用いて測位した際の測位結果にランダムなばらつきが生じる。
【０００４】
一方で、移動体の移動による衛星からの搬送波の周波数に基づいて移動体の移動速度を求め、該移動速度から算出した移動体の移動量と、直近の移動体位置情報とを用いて現在位置を知ることも可能である。この速度情報を用いた測位方法では、前述の直接ＧＰＳ測位装置により測位した測位結果に比べ、測位結果に生じるばらつきが少ないという利点があるが、算出された移動体の速度誤差が累積的に積算されてしまうため、測位結果が時間経過に伴ってドリフト的に変化するという問題点を有している。
【０００５】
そこで、これらの問題を解決するために、例えば、非特許文献１に開示されているような方法がとられていた。この非特許文献１に開示されている方法は、これらの２つの測位結果を重み付け平均で統合し現在位置とするものである。すなわち、直接ＧＰＳ測位装置で測位した測位結果と、速度情報を用いて測位した測位結果とを、速度情報を用いて測位した測位結果の信頼性に基づいて重み付けをし、正確な現在位置を計測しようとするものである。
【非特許文献１】小池謙一、「ＧＰＳ受信機の位置精度向上」、信学技報、社団法人電子情報通信学会、ＩＴＳ２００３−４８、ＭｏＭｕＣ２００３−９２（２００４−１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来の方法では、測位信号を用いて直接測位した測位結果と、速度情報を用いて測位した測位結果とが同時に得られることが必要であり、所望のタイミングで現在位置を知るためには、その測位タイミングにおいて常に両方のデータが得られることが必要となるといった問題点を有していた。
【０００７】
また、この従来の方法では、測位用信号を用いて直接測位した測位結果を重み付け平均処理に使用しているため、衛星の切り替え時や観測雑音により発生する測位結果のステップ的変化の影響を受け易いといった問題点を有していた。特に、このことは、ステップ的な測位結果の変化を嫌う、農業用トラクター直進支援装置などに提供する位置情報としては不十分なものであった。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、算出した移動体の速度情報に含まれる速度誤差を補正し、速度情報の算出タイミング毎に補正後の速度情報を用いた正確な測位を行うことのできる測位装置及び測位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】
前記課題を解決するために本発明は、既知点との距離と既知点位置情報とを用いて第１の測位結果を算出する第１の測位部と、移動体の速度を算出する速度算出部と、前記速度算出部により算出した速度情報と前回の第３の測位結果とから第２の測位結果を得る第２の測位部と、前記第１の測位結果と前記第２の測位結果とを用いて速度誤差を算出する速度誤差算出部と、前記算出された速度誤差を用いて前記速度算出部で算出した速度情報を補正し、補正後の速度情報と前回の第３の測位結果とを用いて第３の測位結果を得る第３の測位部とを備えることを特徴とするものである。
【００１０】
この構成により、速度算出部で算出された速度情報に含まれる速度誤差を補正することができ、補正した速度情報を用いて正確な移動体の位置情報を得ることが可能になる。
【００１１】
なお、既知点との距離と既知点位置情報とを用いて移動体の位置情報を求める方法としては、測位用衛星からの測位用信号を用いて測位を行うものの他、既知点である送信局から送信される電波を用いて送信局までの距離を求めて測位を行うロランＣなど、種々の測位方法を用いることができる。
【００１２】
また、移動体の速度情報の算出方法としては、測位用衛星から送信される測位用信号のキャリアのドップラシフト量を用いて速度を算出するものの他、水底等から帰来する超音波の反射波等を用いて移動体の速度を算出する速度算出方法、移動体に搭載した加速度計を用いて移動体の速度を算出する速度算出方法など、種々の速度算出方法を用いることができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、既知点との距離と既知点位置情報とを用いて求めた移動体の位置情報と、速度算出部で得た移動体の速度情報を用いて算出した移動体の位置情報とを用いて移動体速度の実際の移動速度からのズレ量である速度誤差を算出し、該算出した速度誤差で移動体の速度情報を補正することにより、少なくとも速度情報の算出タイミング毎に、補正後の速度情報を用いて移動体の位置情報を正確に計測することができる測位装置及び測位方法を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態１による測位装置の構成の一例を示す図である。
図１において、本発明の実施の形態１による測位装置は、受信部１と、第１の測位部２と、速度算出部３と、第２の測位部4と、速度誤差算出部５と、第３の測位部６とからなる。
【００１６】
受信部１は、測位用衛星から送信された測位用信号を受信し、受信した信号を第１の測位部２及び速度算出部３に出力する。なお、ここでは、受信部１が１つであるものを例にとって説明するが、第１の測位部２に受信結果を出力するための受信部と、速度算出部３に受信結果を出力するための受信部とを異ならせることも可能である。
【００１７】
第１の測位部２は、受信部１で受信した測位用信号を用いて単独測位、或いは相対測位を行う測位演算部であり、測位用衛星から送信された測位用信号を用いて取得した距離情報と衛星位置情報を用いて移動体の位置情報（以下、第１の測位結果とする）を算出する。そして、この第１の測位部２で算出された第１の測位結果は速度誤差算出部５に出力される。
【００１８】
速度算出部３は、移動体の位置変化に伴う測位用信号の搬送波に基づいて移動体の速度を算出し、算出速度結果を第２の測位部４及び第３の測位部６に出力する。
【００１９】
第２の測位部４は、速度算出部３で得た速度情報を用いて前回の測位位置からの偏位量を算出し、該算出した偏位量と第３の測位部６による前回の測位結果とを用いて移動体の位置情報（以下、第２の測位結果とする）を算出する。算出された第２の測位結果は速度誤差検出部５に出力される。なお、前回の第３の測位部６での測位結果は、測位装置内、或いは測位装置外に設けられた記憶部に記憶されており、必要に応じて読み出されるものとする。
【００２０】
速度誤差算出部５は、第１の測位結果と第２の測位結果とを用いて、実際の移動体の速度と前記速度算出部で算出した移動体の速度と速度誤差を算出するものであり、算出した速度誤差を第３の測位部６に出力する。
【００２１】
第３の測位部６は、速度誤差算出部５で算出された速度誤差を用いて速度算出部３で算出される速度情報を補正するとともに、該補正後の速度情報を用いて前回の測位位置からの偏位量を算出し、算出した偏位量と、第３の測位部６による前回の測位結果とを用いて移動体の位置情報（以下、第３の測位結果とする）を算出する。
【００２２】
次に、速度誤差算出部５で算出する速度誤差について、その算出アルゴリズムの一例を詳細に説明する。
第１の測位部２で算出した第１の測位結果をＰｉ、第２の測位部４で算出した第２の測位結果をＶｉとすると、その差Ｓｉは、
〔数１〕
Ｓｉ＝Ｖｉ−Ｐｉ
となる。
【００２３】
ここでＰｉは観測雑音の為、測位結果にばらつきが生じるので時間平均処理を行って測定結果のばらつきを低減させる。ここでは、２Ｎ（Ｎ：自然数）エポックの平均をとるものとし、時間平均処理を行った第１の測位結果Ｐｉと第２の測位結果Ｖｉとの差Ｓは、
〔数２〕
Ｓ＝｛ΣＰｉ／２Ｎ｝−｛ΣＶｉ／２Ｎ｝
となる。
【００２４】
そして、２Ｎエポック間にドリフト的に変化する速度誤差の変化量が一定Ｄだと仮定し、当初Ｖ０＝Ｐ０だとするとＳはＮエポック時の差なので速度誤差は、
〔数３〕
Ｄ＝Ｓ／Ｎ
となる。なお、この速度誤差の変化量は、長時間の結果を経時的に見た場合には常に一定の変化量であるとはいえないが、短時間の結果を見ると速度誤差の変化量は一定Ｄであるとみなせるため、ここではドリフト的に変化する速度誤差の変化量を一定Ｄと仮定している。
【００２５】
次に、このままではＤが求まるのは２Ｎエポック（秒）後であり実用的ではないので、Ｓを現在の差Ｓｊで代用すれば、
〔数４〕
Ｄｊ＝Ｓｊ／Ｎ
となり、速度誤差算出部５による速度誤差算出式が得られる。
【００２６】
図２から図４は、この〔数４〕の速度誤差算出式を用いて測位実験を行った際の実験結果である。
【００２７】
この実験では、〔数４〕中のＮを１５分（９００秒）とし、第１の測位結果Ｐｊと第２の測位結果Ｖｊを共に１秒間隔で算出するとともに、速度誤差の算出間隔及び速度誤差の補正間隔を共に１秒間隔で行っている。なお、第１の測位部２による単独測位にはコードディファレンシャルを用い、第２の測位部４による速度積算測位には測位用信号の搬送波に基づいて算出した速度情報を用いている。
【００２８】
図２は固定点での東方向に対する実際位置からの測位結果のズレを示す図であり、図３は固定点での北方向に対する実際位置からの測位結果のズレを示す図である。なお、図２及び図３は横軸の経過時間からもわかるように、約１日分の測位実験データを示している。
【００２９】
図２及び図３において、「単独測位結果」は第１の測位部２で算出した測位結果を示すものであり、その測位結果は観測雑音の為、常に約±１０ｍ程度のばらつきが生じている。
また、図中に示す「速度積算位置」は、第２の測位部４で算出した測位結果を示すものであり、その測位結果は速度誤差が積算されるため、時間経過に伴って実際の位置からのずれ量が増大していく。
【００３０】
一方で、図中に示す「統合測位位置」は、本発明の測位方法を用いた場合の測位結果である。本発明の測位方法によれば、前述した〔数４〕を用いて速度誤差を算出し、該算出した速度誤差を用いて速度算出部３で算出した移動体の速度を補正しているため、この補正後の速度情報を用いて移動体位置を測位することにより、大変正確な測位結果を得ることができる。
【００３１】
図４は図２及び図３の測定結果をまとめたもので、実際の位置からのズレ量を統計的に示したものである。
図４に示すように、測位誤差の７８％が１m以内に納まっており、正確な測位結果が得られることが確認できる。
【００３２】
なお、この実験では、〔数４〕中のＮを１５分（９００秒）、速度誤差の算出間隔及び速度誤差の補正間隔を共に１秒間隔で行っているが、もちろんこれらの値は任意に設定可能であり、第１の測位部２及び第２の測位部4の測位精度、第３の測位部に要求される測位精度、衛星からの信号の受信状況等の諸条件に基づいて最適値に設定することが可能である
【００３３】
次に、本発明の実施の形態１による測位装置の動作について、第１の測位部２と第２の測位部4の測位タイミングが異なる場合を例に挙げて説明する。
図５は、本発明の実施の形態１による測位装置の動作の一例を説明するための説明図であり、第１の測位部２と第２の測位部4の測位タイミングが異なる場合における本発明の測位装置の動作を説明するための図である。
【００３４】
図５において、先ず、第１の測位部２では、受信部１で受信した測位用信号より衛星からの擬似距離情報と衛星位置情報とを取得し、該情報を用いて第１の測位結果を算出する。この第１の測位結果取得タイミングが図５中の「第１の測位タイミング」である。
【００３５】
また同時に、速度算出部３では、移動体の位置変化に伴う測位用信号の搬送波に基づいて移動体の速度が算出され、この速度情報を用いて第２の測位部４により第２の測位結果が算出される。この第２の測位結果取得タイミングが図５中の「第２の測位タイミング」である。
【００３６】
速度誤差算出部５では、第１の測位結果と第２の測位結果が同時に得られるＴ１、Ｔ３、Ｔ５のタイミングで前述の〔数４〕を用いて速度誤差Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を算出する。このようにして算出された速度誤差が図５中の「速度誤差補正」で示すＤ１、Ｄ２である。
【００３７】
第３の測位部では、図５の「速度誤差補正」で示すように、速度算出部３で得た速度情報Ｖ１、Ｖ２を共に速度誤差Ｄ１を用いて補正し、速度算出部３で得た速度情報Ｖ３、Ｖ４を共に速度誤差Ｄ２を用いて補正することにより、補正後の速度情報Ｖ１‘〜Ｖ４’を得る。そして、第３の測位部は、この補正後の速度情報Ｖ１‘〜Ｖ４’用いて前回の測位位置からの偏位量を算出し、該算出した偏位量とメモリ等に記憶された前回の測位結果とを加算することにより第３の測位結果を得る。
【００３８】
このように、本発明では、速度誤差算出部５で速度誤差を算出し、該算出した速度誤差を用いて速度算出部３により速度情報が得られる度に速度情報の補正を行うことができるため、第１の測位部２による測位結果と第２の測位部４による測位結果とが同時に取得できない場合においても速度誤差補正を行うことができる。特に、第１の測位部で行う演算処理負担は、第２の測位部で行う演算処理負担に比べて大きいものであるため、前述のように速度算出部３で速度情報が算出される度に速度誤差算出部５から得た速度誤差を用いて速度誤差補正を行うことにより、少ない演算量でより正確な測位結果を得ることが可能になる。
【００３９】
以上のように、本発明の実施の形態１による測位装置によれば、測位用信号から得た距離情報と衛星位置情報とを用いて第１の測位結果を得る第１の測位部２と、測位用信号の搬送波に基づいて移動体の速度を算出する速度算出部３と、速度算出部３により算出した速度情報と第３の測位部６による前回の測位結果とを用いて、第２の測位結果を得る第２の測位部４と、第１の測位結果と前記第２の測位結果とを用いて速度誤差を算出する速度誤差算出部5と、算出した速度誤差を用いて速度算出部３で算出した速度情報を補正し、補正後の速度情報と前回の測位結果とを用いて、第３の測位結果を得る第３の測位部６とを備えたことにより、少なくとも速度情報の算出タイミング毎に、補正後の速度情報を用いて移動体の位置情報を正確に計測することができる効果が得られる。
【００４０】
なお、本発明の実施の形態１では、測位装置に受信部１を設け、第１の測位部２が測位用衛星からの測位用信号を用いて測位を行うものについて説明したが、第１の測位部が行う測位処理は、既知点との距離と既知点位置情報とを用いて移動体の位置情報を算出するものであればよく、例えば、既知点である送信局から送信される電波を用いて送信局までの距離を求めて測位を行うロランＣなどの、種々の測位方法を用いることが可能である。
【００４１】
また、本発明の実施の形態１では、測位装置に受信部１を設け速度算出部３が測位用衛星から送信される測位用信号の搬送波を用いて速度を算出するものについて説明したが、移動体の速度算出方法はこれに限定されず、水底等から帰来する超音波の反射波等を用いて移動体の速度を算出する速度算出方法、移動体に搭載したＩＭＵ、或いはＩＭＵ／ＧＰＳ等を用いて移動体の速度を算出する速度算出方法など、種々の速度算出方法を用いることが可能である。
【００４２】
また、本発明の実施の形態１では、２Ｎエポック間にドリフト的に変化する速度誤差の変化量が一定だと仮定して速度誤差を前記〔数４〕を用いて算出するものについて説明したが、速度誤差算出式はこれに限定されず、例えば、少なくとも温度等の環境変化等に起因する系統的誤差についてはモデルによる近似を行うことができることから、この系統的誤差を取り除くことができるような速度誤差の近似式を用いて速度誤差を算出するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の測位装置及び測位方法では、移動体の速度情報を利用して正確な測位結果を得ることができるため大変有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態１による測位装置の構成の一例を示すブロック図
【図２】南北方向直線移動時における本発明の実施の形態１による測位装置の測位結果を示す図
【図３】東西方向直線移動時における本発明の実施の形態１による測位装置の測位結果を示す図
【図４】本発明の実施の形態１による測位装置を用いて測位を行った際の誤差統計図
【図５】本発明の実施の形態１による測位装置の動作の一例を説明するための説明図
【符号の説明】
【００４５】
１  受信部
２  第１の測位部
３  速度算出部
４  第２の測位部
５  速度誤差算出部
６  第３の測位部
【図１】
2006317241.tif 000003
【図２】
2006317241.tif 000004
【図３】
2006317241.tif 000005
【図４】
2006317241.tif 000006
【図５】
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