(57)【要約】【課題】昼間と夜間との電離層の状態の違いを考慮してより正確な推定を可能とする周波数間バイアス推定装置及び周波数間バイアス推定方法を提供する。【解決手段】複数の測位衛星から送信される衛星信号を受信する１以上の受信機を有し、衛星信号に含まれる測位情報を用いて位置情報を得る測位システムを利用する周波数間バイアス推定装置３２であって、電離層電子密度モデル関数に基づき総電子数モデル値を算出するモデル値算出部３４と、夜間に観測された衛星信号の観測値と総電子数モデル値とに基づいて第１受信機依存周波数間バイアスを推定する夜間観測データ処理部３６と、昼間に観測された衛星信号の観測値と総電子数モデル値と第１受信機依存周波数間バイアスとに基づいて衛星依存周波数間バイアス補正量を算出するとともに、衛星依存周波数間バイアス補正量に基づいて第１衛星依存周波数間バイアスを推定する昼間観測データ処理部３７とを備える。【選択図】図２
2011145152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の測位衛星から送信される衛星信号を受信する１以上の受信機を有し、前記衛星信号に含まれる測位情報を用いて位置情報を得る測位システムを利用する周波数間バイアス推定装置であって、
電離層電子密度モデル関数に基づき総電子数モデル値を算出するモデル値算出部と、
前記１以上の受信機の各々が設置された地点のローカル時間を基準とする夜間に観測された前記衛星信号の観測値と前記モデル値算出部により算出された総電子数モデル値とに基づいて第１受信機依存周波数間バイアスを推定する夜間観測データ処理部と、
前記１以上の受信機の各々が設置された地点のローカル時間を基準とする昼間に観測された前記衛星信号の観測値と前記モデル値算出部により算出された総電子数モデル値と前記夜間観測データ処理部により推定された第１受信機依存周波数間バイアスとに基づいて衛星依存周波数間バイアス補正量を算出するとともに、前記衛星依存周波数間バイアス補正量に基づいて第１衛星依存周波数間バイアスを推定する昼間観測データ処理部と、
を備えることを特徴とする周波数間バイアス推定装置。
【請求項２】
前記昼間観測データ処理部により推定された第１衛星依存周波数間バイアスの値を複数の日数にわたって収集し、平均値と中央値との少なくとも１つをとることにより第２衛星依存周波数間バイアスを推定する総合推定部を備えること特徴とする請求項１記載の周波数間バイアス推定装置。
【請求項３】
前記総合推定部は、推定した第２衛星依存周波数間バイアスと前記夜間観測データ処理部により推定された第１受信機依存周波数間バイアスとに基づいて第２受信機依存周波数間バイアスを推定することを特徴とする請求項２記載の周波数間バイアス推定装置。
【請求項４】
複数の測位衛星から送信される衛星信号を受信する１以上の受信機を有し、前記衛星信号に含まれる測位情報を用いて位置情報を得る測位システムを利用する周波数間バイアス推定方法であって、
電離層電子密度モデル関数に基づき総電子数モデル値を算出するモデル値算出ステップと、
前記１以上の受信機の各々が設置された地点のローカル時間を基準とする夜間に観測された前記衛星信号の観測値と前記モデル値算出ステップにより算出された総電子数モデル値とに基づいて第１受信機依存周波数間バイアスを推定する夜間観測データ処理ステップと、
前記１以上の受信機の各々が設置された地点のローカル時間を基準とする昼間に観測された前記衛星信号の観測値と前記モデル値算出ステップにより算出された総電子数モデル値と前記夜間観測データ処理ステップにより推定された第１受信機依存周波数間バイアスとに基づいて衛星依存周波数間バイアス補正量を算出するとともに、前記衛星依存周波数間バイアス補正量に基づいて第１衛星依存周波数間バイアスを推定する昼間観測データ処理ステップと、
を備えることを特徴とする周波数間バイアス推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星から放送される複数の異なる周波数信号による通過経路の電離層総電子数を推定するための周波数間バイアス推定装置及び周波数間バイアス推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
衛星ナビゲーションシステム「Ｇａｌｉｌｅｏ」やＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）、ＱＺＳＳ（Ｑｕａｓｉ  Ｚｅｎｉｔｈ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ  Ｓｙｓｔｅｍ；準天頂衛星システム）等の衛星から送信される信号は、地球上の観測点の測位を行うのに利用される。その際、位置のわかっている衛星から観測点までの距離を求めるにあたって、電波の伝搬速度及び要した時間は、重要な要素となる。しかしながら、衛星から地上に向けて送信される電波信号は、電離層を通過する際に伝搬遅延量を生じ、測位誤差に大きな影響を与える。したがって、電離層伝搬遅延量を正確に求めることは、高精度な測位を行うにあたって必要不可欠なものである。
【０００３】
従来から、電離層遅延量を正確に求めるために、様々な手法が提案されている。例えば特許文献１には、正確な電離層遅延量を計算するために必要な周波数間バイアスを算出する周波数間バイアス算出装置及び方法が記載されている。周波数間バイアスは、周波数間での電気的な経路差によるものであり、受信機、衛星等のハードウェアごとに異なる。正確な電離層遅延量を計算するためには、周波数間バイアスを除去することが必要である。
【０００４】
特許文献１に記載された周波数間バイアス算出装置は、ＧＰＳ衛星から複数のＧＰＳ受信機までの第一の周波数による各第一の擬似距離と第二の周波数による各第二の擬似距離とを、当該複数のＧＰＳ受信機から入力するデータ収集部と、このデータ収集部から入力した複数の第一及び第二の擬似距離を所定の演算式に代入して第一及び第二の周波数による周波数間バイアスを算出する周波数間バイアス算出部と、この周波数間バイアス算出部で算出された周波数間バイアスをＧＰＳ受信機へ出力するデータ出力部とを備える。この周波数間バイアス算出装置によれば、簡単な構成で周波数間バイアスをユーザに提供することができる。また、大量の演算を周波数間バイアス算出装置側で行うことにより、ＧＰＳ受信機側すなわちユーザ側の負担を軽減できる。
【０００５】
電離層伝搬遅延量は、伝搬する信号の周波数に依存している。そのため、衛星からの複数の周波数信号を受信することにより、信号の通過経路における総電子数（ＴＥＣ：Ｔｏｔａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｏｎｔｅｎｔ）を得ることができる。
【０００６】
また、非特許文献１や非特許文献２には、電離層における電子密度モデル関数であるＩＲＩ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｅ）モデルが記載されており、モデル関数を用いて計算によりＴＥＣを求めることもできる。さらに非特許文献３には、電離層伝搬遅延量の演算方法が記載されている。
【０００７】
また、非特許文献４には、ウェイトを用いた薄皮モデルを使用して電離層の真値を推定し、さらに真値に対してＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機のバイアスを推定する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２３１４４号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｄｉｅｔｅｒ  Ｂｉｌｉｔｚａ，ｅｔ，ａｌ．，：“Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｅ  １９９０”，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，１９９０．
【非特許文献２】Ｄｉｅｔｅｒ  Ｂｉｌｉｔｚａ：“Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｅ  ２０００”，Ｒａｄｉｏ．Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．３６，Ｎｕｍｂｅｒ２，ＰＰ２６１−２７５，Ｍａｒｃｈ／Ａｐｒｉｌ，２００１
【非特許文献３】ＩＳ−ＧＰＳ−２００Ｄ
【非特許文献４】大塚雄一、その他：“ＧＥＯＮＥＴを用いたＴＥＣ絶対値の推定方法”，ＡＲＳ−ＲＥＰＯＲＴ  ＮＯ．０３−０３−Ｃ２３３，２００３年３月
【非特許文献５】Ｋｌｏｂｕｃｈａｒ：“Ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ  Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｎ  ＧＰＳ”ＧＰＳ  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，Ｖｏｌ１，１９９６．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
衛星のバイアス及び受信機のバイアスを未知数とする方程式は、１観測地点・観測時刻に対して衛星数と同数存在するのに対して、未知数は、衛星数＋１個（各衛星のバイアス及び受信機のバイアス）存在するので、連立方程式により単純に解を求めることはできない。
【００１１】
ところが、衛星からの複数の周波数信号を受信して信号の通過経路におけるＴＥＣを求める際には、衛星・受信機固有のバイアスが追加されてしまうため、衛星及び受信機のバイアスを求めることは必要不可欠である。
【００１２】
ここで、一般的に電離層における電子密度の状態は、夜間と昼間とで異なる。夜間においては太陽光線が届かないために、電離層における電子数は、昼間よりも減少する。すなわち夜間における電離層は、太陽光線による電子の生成プロセスが存在しないので、電離層の状態が昼間に比較して安定しており、電子数の推定も行いやすいという特徴を有する。一方、昼間における電離層は、太陽の活動状態が影響しやすく、日によって電子密度の状態が変動するために電子数の推定に誤差が生じやすい。しかしながら、非特許文献４に記載された方法は、夜間のデータと昼間のデータを一括して扱っているため、昼間のデータに対する誤差分が推定結果に含まれていると考えられる。
【００１３】
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので、昼間と夜間との電離層の状態の違いを考慮してより正確な推定を可能とする周波数間バイアス推定装置及び周波数間バイアス推定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る周波数間バイアス推定装置は、上記課題を解決するために、複数の測位衛星から送信される衛星信号を受信する１以上の受信機を有し、前記衛星信号に含まれる測位情報を用いて位置情報を得る測位システムを利用する周波数間バイアス推定装置であって、電離層電子密度モデル関数に基づき総電子数モデル値を算出するモデル値算出部と、前記１以上の受信機の各々が設置された地点のローカル時間を基準とする夜間に観測された前記衛星信号の観測値と前記モデル値算出部により算出された総電子数モデル値とに基づいて第１受信機依存周波数間バイアスを推定する夜間観測データ処理部と、前記１以上の受信機の各々が設置された地点のローカル時間を基準とする昼間に観測された前記衛星信号の観測値と前記モデル値算出部により算出された総電子数モデル値と前記夜間観測データ処理部により推定された第１受信機依存周波数間バイアスとに基づいて衛星依存周波数間バイアス補正量を算出するとともに、前記衛星依存周波数間バイアス補正量に基づいて第１衛星依存周波数間バイアスを推定する昼間観測データ処理部とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る周波数間バイアス推定方法は、上記課題を解決するために、複数の測位衛星から送信される衛星信号を受信する１以上の受信機を有し、前記衛星信号に含まれる測位情報を用いて位置情報を得る測位システムを利用する周波数間バイアス推定方法であって、電離層電子密度モデル関数に基づき総電子数モデル値を算出するモデル値算出ステップと、前記１以上の受信機の各々が設置された地点のローカル時間を基準とする夜間に観測された前記衛星信号の観測値と前記モデル値算出ステップにより算出された総電子数モデル値とに基づいて第１受信機依存周波数間バイアスを推定する夜間観測データ処理ステップと、前記１以上の受信機の各々が設置された地点のローカル時間を基準とする昼間に観測された前記衛星信号の観測値と前記モデル値算出ステップにより算出された総電子数モデル値と前記夜間観測データ処理ステップにより推定された第１受信機依存周波数間バイアスとに基づいて衛星依存周波数間バイアス補正量を算出するとともに、前記衛星依存周波数間バイアス補正量に基づいて第１衛星依存周波数間バイアスを推定する昼間観測データ処理ステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、昼間と夜間との電離層の状態の違いを考慮してより正確な推定を可能とする周波数間バイアス推定装置及び周波数間バイアス推定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例１の形態の周波数間バイアス推定装置及び測位システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１の形態の周波数間バイアス推定装置の詳細なブロック図である。
【図３】本発明の実施例１の形態の周波数間バイアス推定装置の動作を示すフローチャート図である。
【図４】本発明の実施例１の形態の周波数間バイアス推定装置内の夜間観測データ処理部の動作を示すフローチャート図である。
【図５】本発明の実施例１の形態の周波数間バイアス推定装置内のモデル値算出部による総電子数モデル値算出の対象ポイントと衛星・受信位置との関係を示す図である。
【図６】本発明の実施例１の形態の周波数間バイアス推定装置内の昼間観測データ処理部の動作を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の周波数間バイアス推定装置及び周波数間バイアス推定方法の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施例１の周波数間バイアス推定装置３２及び測位システムの構成を示すブロック図である。この周波数間バイアス推定装置３２は、複数の測位衛星（測位衛星１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）から送信される衛星信号を受信する１以上の衛星信号受信機２４を有し且つ衛星信号に含まれる測位情報を用いて位置情報を得る測位システムを利用する。
【００２０】
まず、本実施の形態の構成を説明する。本実施例の周波数間バイアス推定装置３２及び測位システムは、図１に示すように、測位衛星１０ａ、測位衛星１０ｂ、測位衛星１０ｃ、衛星信号処理系２０、電離層ＴＥＣ・バイアス推定処理系３０、及びインターネットデータ処理系４０で構成されている。測位衛星１０ａ、測位衛星１０ｂ、測位衛星１０ｃ、及び衛星信号処理系２０は、本発明の測位システムに対応する。なお、インターネットデータ処理系４０も含めて測位システムとすることも可能であるが、インターネットデータ処理系４０は、必ずしも必須のものではなく、付加的なものである。また、衛星信号処理系２０、電離層ＴＥＣ・バイアス推定処理系３０、及びインターネットデータ処理系４０は、お互いに通信回線５０で接続されている。
【００２１】
測位衛星１０ａ、測位衛星１０ｂ、測位衛星１０ｃは、ＧＰＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、準天頂衛星（ＱＺＳＳ）等の航法衛星であり、複数の周波数の衛星信号を送信する。
【００２２】
衛星信号処理系２０は、アンテナ２２、衛星信号受信機２４、及び衛星信号処理装置２６から構成される。衛星信号受信機２４は、本発明の受信機に対応し、複数の測位衛星（測位衛星１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）から送信される複数の周波数の衛星信号をアンテナ２２を介して受信する。また、衛星信号処理装置２６は、衛星信号に含まれる測位情報を用いて位置情報を得る。
【００２３】
電離層ＴＥＣ・バイアス推定処理系３０は、周波数間バイアス推定装置３２を有し、受信した信号に基づき衛星位置、信号通過経路の電離層総電子数（ＴＥＣ）、周波数間バイアス等を算出する。受信したデータ・処理結果は、データサーバ系へＬＡＮ経由で伝送され保存される。
【００２４】
インターネットデータ処理系４０は、ルータ４２、ＧＥＯＮＥＴ収集データ処理装置４４、及び外部インターネット網４６で構成されている。ルータ４２は、スイッチングハブでもよい。インターネットデータ処理系４０は、公開されている電離層関連の情報や国土地理院が公開しているＧＰＳ観測データ（ＧＥＯＮＥＴデータ）や国際的に観測結果を公開しているＩＧＳ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＧＰＳ  Ｓｅｒｖｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｇｅｏｄｙｎａｍｉｃｓ）データ等をインターネット経由で収集する装置である。インターネットデータ処理系４０により収集された結果は、電離層ＴＥＣ・バイアス推定処理系３０で処理される。ルータ４２は、セキュリティを考慮して設けられ、ファイアウォールとする。
【００２５】
図２は、本発明の実施例１の周波数間バイアス推定装置３２の詳細なブロック図である。図２に示すように、周波数間バイアス推定装置３２は、モデル値算出部３４と周波数間バイアス推定部３５とにより構成される。また、周波数間バイアス推定部３５は、夜間観測データ処理部３６、昼間観測データ処理部３７、及び総合推定部３８で構成されている。
【００２６】
モデル値算出部３４は、上述したようなＩＲＩモデルやＧａｌｌａｇｈｅｒモデル等の電離層電子密度モデル関数に基づき総電子数モデル値を算出する。ただし、ＩＲＩモデルは地上１０００ｋｍまで有効なものであるため、本実施例のモデル値算出部３４は、ＩＲＩモデルを使用する場合にはスプライン関数等を使用してＧＰＳ衛星等の測位衛星が存在する地上２万ｋｍまで１０００ｋｍから延長したモデルを使用するものとする。
【００２７】
周波数間バイアス推定部３５は、通信回線を通じて得た観測データとモデル値算出部３４により算出された総電子数モデル値に基づき周波数間バイアスを算出する。
【００２８】
夜間観測データ処理部３６は、１以上の受信機の各々が設置された地点のローカル時間を基準とする夜間に観測された衛星信号の観測値とモデル値算出部３４により算出された総電子数モデル値とに基づいて第１受信機依存周波数間バイアスを推定する。ここで、ローカル時間（ＳＬＴ）とは、協定世界時（ＵＴＣ：Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｔｉｍｅ，Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ）に基づき、受信機が設置された地点の経度λに応じて時刻を計算したものであり、以下に示す式により求められる。
【数１】
2011145152.tif 000003
【００２９】
夜間観測データ処理部３６は、例えば（２）式の条件を満たす場合に夜間であると判断することができる。
【００３０】
０≦ＳＬＴ［ｈ］≦５，２０≦ＳＬＴ[ｈ]≦２４      …（２）
ただし、（２）式に示す５時や２０時等の条件は、パラメータで設定変更できる値であり、例えばユーザが受信機が設置された地域や季節等に応じて変更することができる。
【００３１】
昼間観測データ処理部３７は、１以上の受信機の各々が設置された地点のローカル時間を基準とする昼間に観測された衛星信号の観測値とモデル値算出部３４により算出された総電子数モデル値と夜間観測データ処理部３６により推定された第１受信機依存周波数間バイアスとに基づいて衛星依存周波数間バイアス補正量を算出するとともに、衛星依存周波数間バイアス補正量に基づいて第１衛星依存周波数間バイアスを推定する。なお、「昼間」とは、夜間観測データ処理部３６が夜間とみなす時間帯以外の時間帯（（２）式の条件を満たさない時間帯）を指すものとする。また、本明細書においては、受信機依存周波数間バイアスを受信機バイアスと記載する場合がある。同様に、衛星依存周波数間バイアスを衛星バイアスと記載する場合がある。
【００３２】
総合推定部３８は、昼間観測データ処理部３７により推定された第１衛星依存周波数間バイアスの値を複数の日数にわたって収集し、平均値と中央値との少なくとも１つをとることにより最終的な値となる第２衛星依存周波数間バイアスを推定する。
【００３３】
また、総合推定部３８は、推定した第２衛星依存周波数間バイアスと夜間観測データ処理部３６により推定された第１受信機依存周波数間バイアスとに基づいて最終的な値となる第２受信機依存周波数間バイアスを推定する。
【００３４】
なお、総合推定部３８は、複数の日数にわたって収集したデータに基づいて、より正確に周波数間バイアスを推定するための構成であるため、必ずしも必須の構成ではなく、夜間観測データ処理部３６と昼間観測データ処理部３７の構成のみで暫定的な周波数間バイアスを推定することは可能である。しかしながら、総合推定部３８を備えることにより、日ごとに変化する電離層の影響を少なくし、より正確に周波数間バイアスを推定して電離層伝搬遅延量の算出や測位の際に役立てることができる。
【００３５】
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。図３は、本実施例の周波数間バイアス推定装置３２の動作を示すフローチャート図である。本実施例の周波数間バイアス推定装置３２は、処理方法を３つの段階に分けており、夜間の衛星による受信機依存周波数間バイアスの推定処理（ステップＳ１）と、昼間の衛星による衛星依存周波数間バイアスの推定処理（ステップＳ２）と、総合周波数間バイアスの推定処理（ステップＳ３以降）とを順次行う。
【００３６】
まず、周波数間バイアス推定装置３２は、夜間の衛星による受信機依存周波数間バイアスの推定処理（ステップＳ１）を行う。ステップＳ１において、夜間観測データ処理部３６は、１以上の受信機の各々が設置された地点のローカル時間を基準とする夜間に観測された衛星信号の観測値とモデル値算出部３４により算出された総電子数モデル値とに基づいて第１受信機依存周波数間バイアスを推定する。ここで、本実施例の夜間観測データ処理部３６は、モデル値算出部３４がＩＲＩモデルをベースにして算出した総電子数モデル値を真値として使用するものとする。また、夜間観測データ処理部３６は、上述したようにローカル時間に基づいて、夜間に衛星信号を受信可能な測位衛星（本実施例においてＧＰＳ衛星）を抽出する。
【００３７】
図４は、本実施例の周波数間バイアス推定装置３２内の周波数間バイアス推定部３５における夜間観測データ処理部３６の動作を示すフローチャート図である。また、図５は、本実施例の周波数間バイアス推定装置３２内のモデル値算出部３４による総電子数モデル値算出の対象ポイントと衛星・受信位置との関係を示す図である。
【００３８】
モデル値算出部３４は、上述したようにスプライン関数を使用して修正したＩＲＩモデルで総電子数モデル値を算出する（モデル値算出ステップ）。その際の算出対象ポイントは、図５に示すように、衛星と受信機とを結ぶ経路と地上ｈ（３５０ｋｍ〜４００ｋｍ）の上空とが交差した場所であり、薄皮モデルの貫通点（ピアースポイント）と呼ばれている。モデル値算出部３４は、算出した総電子数モデル値を周波数間バイアス推定部３５に出力する。周波数間バイアス推定部３５内の夜間観測データ処理部３６等の構成は、電離層モデル値を計算に使用する際に、モデル値算出部３４が算出した値を利用している。
【００３９】
本実施例の周波数間バイアス推定装置３２は、ピアースポイントｉにおいて、地表から衛星高度まで垂直方向に電離層モデル値（総電子数モデル値）を加算した値（ＴＥＣｍｏｄｅｌｉ：総電子数）を真値とみなす。電離層モデルＴＥＣｍｏｄｅｌｉと衛星のＴＥＣとを比較するためには、衛星のＴＥＣの斜め方向の成分を垂直方向に補正する必要がある。斜め方向の成分を垂直方向に補正する式は、以下のように表される。
【数２】
2011145152.tif 000004
【００４０】
図５に示すように、Ｒは地球半径を示し、θは受信位置の衛星仰角を示す。この補正は、モデル値算出部３４により行われても夜間観測データ処理部３６により行われてもよいが、本実施例においてはモデル値算出部３４により行われるものとする。
【００４１】
一方ＧＰＳ観測値は、遅延時間による距離（擬似距離）と位相距離とがあり、以下のように表される。ただし、衛星信号は、衛星から放送される２周波の信号（ＧＰＳ衛星の場合、Ｌ１周波数（１５７５．４２ＭＨｚ）とＬ２周波数（１２２７．６０ＭＨｚ）の信号）である。
【数３】
2011145152.tif 000005
【００４２】
ここで、ρは、擬似距離を示す。また、Φは、位相距離を示す。ｒは、受信機から衛星までの幾何学的距離（真の距離）を示す。ｃは光速である。また、δｔｕは、受信機時刻誤差を示し、δｔｓは、衛星時刻誤差を示す。なお、本実施例において、右下の添え字は基本的に地上（受信機等）に関連する項を示し、右上の添え字は基本的に上空（衛星等）に関連する項を示す。δｔｕ、Ｌ１ｏｒＬ２  ｂｉａｓは、受信機固有のＬ１あるいはＬ２周波数遅延量（受信機周波数依存ハードウェア依存バイアス）を示し、δｔｓＬ１ｏｒＬ２  ｂｉａｓは、衛星固有のＬ１あるいはＬ２周波数遅延量（衛星周波数依存ハードウェア依存バイアス）を示す。さらに、Ｉは、電離層伝搬遅延量を示し、Ｔは、対流圏伝搬遅延量を示し、λＬ１ｏｒＬ２は、Ｌ１あるいはＬ２周波数波長を示す。Ｎａｍｂは、整数不確定値を示し、εは、観測誤差を示す。したがって、ＮＬ１ｏｒＬ２  ａｍｂは、Ｌ１あるいはＬ２周波数整数不確定値である。また、εＬ１ｏｒＬ２は、Ｌ１あるいはＬ２周波数の誤差である。
【００４３】
夜間観測データ処理部３６は、以下に示す式により２つの周波数の観測値の差をとる。
【数４】
2011145152.tif 000006
【００４４】
ここで、ｆは周波数である。また、λは波長を示す。Δｂｉａｓは、周波数間バイアスを示す。ＴＥＣＴｒｕｅは、電波の通過経路に存在する電子総数の真値を示す。夜間観測データ処理部３６は、この（７）式と（８）式とを使用して、ある衛星ｕで連続して観測できたｋ番目の観測値を以下に示す（９）式のように補正する。
【数５】
2011145152.tif 000007
【００４５】
ここで、Ｍは連続して観測できた観測値の数を示し、ＴＥＣは衛星電波（衛星信号）の伝搬経路上にある電子総数を示す。Ｉｓｋ，ｕは、衛星電波（衛星信号）の伝搬経路上にある電子総数に起因する伝搬遅延量を示す。夜間観測データ処理部３６は、ＧＰＳ観測値にＧＰＳ衛星から放送される群遅延量（ＴＧＤ）から計算した衛星の周波数間伝搬遅延量差を次式により求める。
【数６】
2011145152.tif 000008
【００４６】
次に、夜間観測データ処理部３６は、（１０）式で計算した値を（９）式に代入し、暫定的な衛星バイアス補正量を計算して衛星バイアス補正を行う（図４のステップＳ１１）。
【数７】
2011145152.tif 000009
【００４７】
ここで、εｓ，ｂｉａｓは、（１０）式を使用したバイアス推定値の誤差を表す。次に、夜間観測データ処理部３６は、夜間から深夜にかけて収集した（９）式の衛星データのうち最小となるデータを検出し、さらに、この期間の観測可能な衛星全ての中で最小となるデータを検出する（図４のステップＳ１２）。
【００４８】
次に、夜間観測データ処理部３６は、検出した最小となる衛星の時刻と貫通点から、電離層モデルによるＴＥＣを計算し、暫定的な受信機バイアス推定値初期値を決定する（図４のステップＳ１３）。
【数８】
2011145152.tif 000010
【００４９】
このとき、この初期値には、電離層モデル値と観測電離層値との誤差εＩ、受信機バイアス推定誤差εｕ，ｂｉａｓ、衛星バイアス推定誤差εｓ，ｂｉａｓが含まれている。夜間・深夜の観測データであるため、誤差εＩは、小さい値であると考えられる。
【００５０】
次に、夜間観測データ処理部３６は、この受信機バイアス推定初期値Ｂｉｎｉｕを（９）式に代入し、夜間・深夜に観測できた全衛星に対し受信機バイアス補正を実施する（図４のステップＳ１４）。また、夜間観測データ処理部３６は、この補正を対象受信機全てに対して行う（図４のステップＳ１５）。各衛星の貫通点の位置や仰角は、時刻と衛星毎に異なる。そこで、夜間観測データ処理部３６は、各時刻と衛星毎に、貫通点における電離層モデルによるＴＥＣを計算し、（１２）式と同様な差分を実施する。その際に、夜間観測データ処理部３６は、（３），（４）式による斜め補正を実施し、電離層モデル値と差をとる。
【数９】
2011145152.tif 000011
【００５１】
ここで、夜間観測データ処理部３６は、（１３）式により計算された値を、衛星バイアス補正量の暫定値δＢｓｉｎｉ，ｕ，ｋとする（図４のステップＳ１６）。
【数１０】
2011145152.tif 000012
【００５２】
全衛星に共通なバイアス値は、受信機から生ずるものと考えられる。したがって、夜間観測データ処理部３６は、受信機バイアス推定値の補正項を計算する（図４のステップＳ１７）。
【数１１】
2011145152.tif 000013
【００５３】
夜間観測データ処理部３６は、ここで決定した受信機ｕの補正量とδＢｓｉｎｉ，ｕ，ｋ衛星補正量とを使用し、（１１）式に代入して再度（１１）〜（１６）式の計算を実施する。最終的に（１７）式の値が所定のしきい値に収束したか否かを判断し（図４のステップＳ１８）、収束した場合に繰り返し計算処理を終了する。
【数１２】
2011145152.tif 000014
【００５４】
ここで、Ｂｕ，ｏｌｄは、前回の計算結果であり、最新の計算結果との差の２乗和を計算する。最終的に得られた値は、本発明の第１受信機依存周波数間バイアスに対応する。
【００５５】
以上の動作（図３のステップＳ１、図４のステップＳ１１〜Ｓ１８）により、夜間観測データ処理部３６は、第１受信機依存周波数間バイアスを推定し、推定結果を昼間観測データ処理部３７に出力する。このステップＳ１における夜間観測データ処理部３６の動作は、本発明の夜間観測データ処理ステップに対応する。
【００５６】
次に、周波数間バイアス推定装置３２は、昼間の衛星による衛星依存周波数間バイアスの推定処理（図３のステップＳ２）。ステップＳ２において、昼間観測データ処理部３７は、１以上の受信機の各々が設置された地点のローカル時間を基準とする昼間に観測された衛星信号の観測値とモデル値算出部３４により算出された総電子数モデル値と夜間観測データ処理部３６により推定された第１受信機依存周波数間バイアスとに基づいて衛星依存周波数間バイアス補正量を算出するとともに、衛星依存周波数間バイアス補正量に基づいて第１衛星依存周波数間バイアスを推定する。
【００５７】
図６は、本実施例の周波数間バイアス推定装置３２内の周波数間バイアス推定部３５における昼間観測データ処理部３７の動作を示すフローチャート図である。夜間観測データ処理部３６が夜間・深夜のデータを使用して、受信機バイアス暫定値（第１受信機依存周波数間バイアス）と衛星バイアス暫定値を計算したので、昼間観測データ処理部３７は、この値をもとに、昼間に観測できる暫定衛星バイアス補正値を修正する（ステップＳ２１）。
【００５８】
昼間の場合、電離層の活動が活発で、真値として電離層モデル値を使用することが難しい。そのため、昼間観測データ処理部３７は、ステップＳ１で求めた受信機バイアス（第１受信機依存周波数間バイアス）Ｂｕと、（１０）式に示される放送された衛星の周波数間伝搬遅延量差を使用し、周波数間遅延量を補正した値を使用し、受信機直上の電離層による伝搬遅延量差を推定する（ステップＳ２２）。
【数１３】
2011145152.tif 000015
【００５９】
暫定値δＢｓｉｎｉは、夜間・深夜に可視できた衛星且つ、昼間にも可視可能な衛星の場合に補正が行える。昼間の任意の時刻における受信機直上の電離層による伝搬遅延量差は、以下に示す式により求めることができる。
【数１４】
2011145152.tif 000016
【００６０】
ここで、ｄｓｕ，ｋは、図５に示すような衛星ｓと受信機ｕとによりできる高さｈにおける弧長を示す。また、Ｅｌｓｕ，ｋは、受信機ｕで衛星ｓを観測した際の仰角を表す。さらに、Ｍは、サンプルｋを取得した時刻に同時に観測可能な衛星の数を表す。昼間観測データ処理部３７は、（２１）式に示すように、弧長ｄｓｕ，ｋや仰角Ｅｌｓｕ，ｋにより、（１９）式で加算する数を制限することもできる。（２１）式の右辺はしきい値である。
【００６１】
次に、昼間観測データ処理部３７は、各衛星ｓの貫通点の垂直方向伝搬遅延量差を計算する。
【数１５】
2011145152.tif 000017
【００６２】
昼間観測データ処理部３７は、衛星ｓの放送された衛星の周波数伝搬遅延量差に対する補正量を次式のように決定する（ステップＳ２３）。
【数１６】
2011145152.tif 000018
【００６３】
昼間観測データ処理部３７は、決定された衛星ｓの補正量を使用し、（１８）式に代入して再度（１８）式〜（２３）式までの計算を実施し、（２４）式に示すしきい値に衛星バイアス補正量が収束したか否かを判断する（ステップＳ２４）。
【数１７】
2011145152.tif 000019
【００６４】
ここで、δＢｓｉｎｉ，ｋ，ｏｌｄは、前回の計算結果である。昼間観測データ処理部３７は、最新の計算結果との差の２乗和を計算する。また、Ｍは、計算の対象となる衛星の数を表している。昼間観測データ処理部３７は、（２４）式の値が所定のしきい値に収束した場合に繰り返し計算処理を終了する。最終的に得られた値は、本発明の衛星依存周波数間バイアス補正量に対応する。
【００６５】
昼間観測データ処理部３７は、算出した衛星依存周波数間バイアス補正量に基づいて第１衛星依存周波数間バイアスを推定する。衛星ｓのバイアスの代表値として、夜間・深夜の場合には（１１）式あるいは（１４）式、昼間の場合には（１８）式あるいは（２３）式の値を使用して推定した衛星バイアス値Ｂｓｉｎｉ，ｋ，ｏｌｄが最小になる時刻ｋを選択することもできる。
【数１８】
2011145152.tif 000020
【００６６】
昼間観測データ処理部３７は、このときの衛星ｓの衛星バイアス値の代表値をＢｓｕとする。
【００６７】
以上の動作（図３のステップＳ２、図６のステップＳ２１〜Ｓ２４）により、昼間観測データ処理部３７は、衛星依存周波数間バイアス補正量を算出するとともに、第１衛星依存周波数間バイアスを推定する。このステップＳ２における昼間観測データ処理部３７の動作は、本発明の昼間観測データ処理ステップに対応する。
【００６８】
周波数間バイアス推定装置３２は、夜間観測データ処理部３６と昼間観測データ処理部３７との動作により、受信機バイアス推定結果と衛星バイアス推定結果を所定の日数（例えば数日間）にわたり収集する（ステップＳ３）。このように複数の日数にわたって推定結果を収集し、後述する総合推定部３８により最終的な推定結果を算出することで、より正確な推定を行うことができる。
【００６９】
さらに、周波数間バイアス推定装置３２は、広い範囲に配置した複数の受信機に対しても同様な受信機バイアス推定結果と衛星バイアス推定結果とを所定の日数にわたって収集する（ステップＳ４）。
【００７０】
次に周波数間バイアス推定装置３２は、収集した推定結果を使用して、総合的な受信機バイアス・衛星バイアス推定を実施する。最初に、総合推定部３８は、衛星バイアスの推定を行う（ステップＳ５）。具体的には、総合推定部３８は、昼間観測データ処理部３７により推定された第１衛星依存周波数間バイアスの値を複数の日数にわたって収集し、平均値と中央値との少なくとも１つをとることにより最終的な値となる第２衛星依存周波数間バイアスを推定する。
【００７１】
平均値をとる場合には、総合推定部３８は、各衛星で、数日間の衛星バイアス結果（第１衛星依存周波数間バイアス）の平均と標準偏差を求め、平均値を衛星のバイアス（第２衛星依存周波数間バイアス）とする。また、総合推定部３８は、中央値付近から抽出したデータから推定誤差とする標準偏差を計算する。
【数１９】
2011145152.tif 000021
【００７２】
ここで、Ｎは受信機の数を表し、Ｍは計算した日数を表す。
【００７３】
中央値をとる場合には、総合推定部３８は、各衛星で、数日間の衛星バイアス結果（第１衛星依存周波数間バイアス）を最小値から順に並べて中央値を求め、衛星のバイアス（第２衛星依存周波数間バイアス）とする。また、総合推定部３８は、中央値付近から抽出したデータから推定誤差とする標準偏差を計算する。
【００７４】
次に、総合推定部３８は、衛星バイアスの補正に伴う最終的な受信機の補正を行い、受信機バイアスの推定を行う（ステップＳ６）。具体的には、総合推定部３８は、推定した第２衛星依存周波数間バイアスと夜間観測データ処理部３６により推定された第１受信機依存周波数間バイアスとに基づいて最終的な値となる第２受信機依存周波数間バイアスを推定する。
【数２０】
2011145152.tif 000022
【００７５】
（２７）式において、右辺括弧内のＢｕは第１受信機依存周波数間バイアスであり、左辺のＢｕは第２受信機依存周波数間バイアスである。総合推定部３８は、対象受信機全てについて、第２受信機依存周波数間バイアスを求める（ステップＳ７）。
【００７６】
上述のとおり、本発明の実施例１の形態に係る周波数間バイアス推定装置及び周波数間バイアス推定方法によれば、昼間と夜間との電離層の状態の違いを考慮してより正確な周波数間バイアスの推定を行うことができる。
【００７７】
すなわち、本発明の周波数間バイアス推定装置３２は、夜間観測データ処理部３６が電離層の状態が安定している夜間の観測データのみを使用して第１受信機依存周波数間バイアスを推定しているので、より正確な推定を行うことができる。また、昼間観測データ処理部３７は、第１受信機依存周波数間バイアスの値を使用して衛星依存周波数間バイアス補正量を算出しているので、従来のように夜間のデータと昼間のデータを一括して扱う場合に比して正確であり、第１衛星依存周波数間バイアスもこれに伴って正確な値であることが期待できる。
【００７８】
さらに、総合推定部３８を備えることにより、複数の日数にわたって収集した受信機バイアスと衛星バイアスの推定結果から、より正確な第２衛星依存周波数間バイアス及び第２受信機依存周波数間バイアスを推定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明に係る周波数間バイアス推定装置及び周波数間バイアス推定方法は、衛星から放送される複数の異なる周波数信号による通過経路の電離層総電子数を推定するための周波数間バイアス推定装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  測位衛星
２０    衛星信号処理系
２２    アンテナ
２４    衛星信号受信機
２６    衛星信号処理装置
３０    電離層ＴＥＣ・バイアス推定処理系
３２    周波数間バイアス推定装置
３４    モデル値算出部
３５    周波数間バイアス推定部
３６    夜間観測データ処理部
３７    昼間観測データ処理部
３８    総合推定部
４０    インターネットデータ処理系
４２    ルータ
４４    ＧＥＯＮＥＴ収集データ処理装置
４６    外部インターネット網
５０    通信回線
【図１】
2011145152.tif 000023
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2011145152.tif 000027
【図６】
2011145152.tif 000028