(57)【要約】【課題】航法衛星信号の受信特性が良好ではない環境においても、高精度な時刻同期又は測位を実現することが可能な時刻同期装置及び測位装置、その方法並びにプログラムを提供する。【解決手段】時刻同期装置及び測位装置は、それぞれ、航法衛星信号受信部２と、制御部４とを備え、制御部４は、同時受信可能な４つ以上の航法衛星からの航法衛星信号の各組み合わせに対して、航法衛星信号受信部２を用いて生成した時刻情報を取得し、取得した複数の時刻情報を比較して航法衛星信号の受信状態に基づいて決定した許容誤差値の時間内で時刻情報が早い組み合わせに係る複数の航法衛星信号を抽出し、抽出した航法衛星信号に基づき航法衛星信号受信部２を用いて時刻情報を生成又は測位するよう制御する。【選択図】図１
2019086392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航法衛星から航法衛星信号を受信して前記航法衛星信号に含まれる時刻情報に基づき所定の標準的な時刻に同期した時刻情報を生成する時刻同期装置であって、
４つ以上の航法衛星から同時に受信した航法衛星信号に基づき航法衛星に同期した時刻情報を生成する航法衛星信号受信部と、
航法衛星信号受信部で生成された時刻情報に基づき所定の標準的な時刻に同期した時刻情報を生成する時刻情報生成部と、
同時受信可能な４つ以上の航法衛星からの航法衛星信号の各組み合わせに対して、航法衛星信号受信部を用いて生成した時刻情報を取得し、取得した複数の時刻情報を比較して時刻情報が早い組み合わせに係る複数の航法衛星信号を抽出し、抽出した航法衛星信号に基づき航法衛星信号受信部を用いて時刻情報を生成し、得られた時刻情報に基づき時刻情報生成部を用いて所定の標準的な時刻に同期した時刻情報を生成出力するよう制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記航法衛星信号の受信状態に基づいて決定した許容誤差値の時間内で時刻情報が早い組み合わせに係る複数の航法衛星信号を抽出する
ことを特徴とする時刻同期装置。
【請求項２】
航法衛星から航法衛星信号を受信して前記航法衛星信号に含まれる時刻情報に基づき所定の標準的な時刻に同期した時刻情報を生成する時刻同期装置であって、
１つ又は複数の航法衛星から単独に又は同時に受信した航法衛星信号及び所定の受信位置の位置情報に基づき航法衛星に同期した時刻情報を生成する航法衛星信号受信部と、
航法衛星信号受信部で生成された時刻情報に基づき所定の標準的な時刻に同期した時刻情報を生成する時刻情報生成部と、
同時受信可能な複数の航法衛星からの航法衛星信号のそれぞれに対して、航法衛星信号受信部を用いて生成した時刻情報を取得し、取得した複数の時刻情報を比較して時刻情報が早い複数の航法衛星信号を抽出し、抽出した航法衛星信号に基づき航法衛星信号受信部を用いて時刻情報を生成し、得られた時刻情報に基づき時刻情報生成部を用いて所定の標準的な時刻に同期した時刻情報を生成出力するよう制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記航法衛星信号の受信状態に基づいて決定した許容誤差値の時間内で時刻情報が早い複数の航法衛星信号を抽出する
ことを特徴とする時刻同期装置。
【請求項３】
前記許容誤差値は、予め定めた信号対雑音比の閾値を越える航法衛星信号の数に基づき決定する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の時刻同期装置。
【請求項４】
前記許容誤差値は、予め定めた受信強度の閾値を越える航法衛星信号の数に基づき決定する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の時刻同期装置。
【請求項５】
航法衛星から航法衛星信号を受信して前記航法衛星信号に含まれる時刻情報に基づき所定の標準的な時刻に同期した時刻情報を生成する時刻同期装置における時刻情報生成方法であって、
時刻同期装置は、４つ以上の航法衛星から同時に受信した航法衛星信号に基づき航法衛星に同期した時刻情報を生成する航法衛星信号受信部と、航法衛星信号受信部で生成された時刻情報に基づき所定の標準的な時刻に同期した時刻情報を生成する時刻情報生成部と、航法衛星信号受信部及び時刻情報生成部を制御する制御部とを備え、
時刻情報生成方法は、制御部が、
同時受信可能な４つ以上の航法衛星からの航法衛星信号の各組み合わせに対して、航法衛星信号受信部を用いて生成した時刻情報を取得するよう制御するステップと、
取得した複数の時刻情報を比較して航法衛星信号の受信状態に基づいて決定した許容誤差値の時間内で時刻情報が早い組み合わせに係る複数の航法衛星信号を抽出するよう制御するステップと、
抽出した航法衛星信号に基づき航法衛星信号受信部を用いて時刻情報を生成し、得られた時刻情報に基づき時刻情報生成部を用いて所定の標準的な時刻に同期した時刻情報を生成出力するよう制御するステップとを備えた
ことを特徴とする時刻同期装置における時刻情報生成方法。
【請求項６】
航法衛星から航法衛星信号を受信して前記航法衛星信号に含まれる時刻情報に基づき所定の標準的な時刻に同期した時刻情報を生成する時刻同期装置における時刻情報生成方法であって、
時刻同期装置は、１つ又は複数の航法衛星から単独に又は同時に受信した航法衛星信号及び所定の受信位置の位置情報に基づき航法衛星に同期した時刻情報を生成する航法衛星信号受信部と、航法衛星信号受信部で生成された時刻情報に基づき所定の標準的な時刻に同期した時刻情報を生成する時刻情報生成部と、航法衛星信号受信部及び時刻情報生成部を制御する制御部とを備え、
時刻情報生成方法は、制御部が、
同時受信可能な複数の航法衛星からの航法衛星信号のそれぞれに対して、航法衛星信号受信部を用いて生成した時刻情報を取得するよう制御するステップと、
取得した複数の時刻情報を比較して航法衛星信号の受信状態に基づいて決定した許容誤差値の時間内で時刻情報が早い複数の航法衛星信号を抽出するよう制御するステップと、
抽出した航法衛星信号に基づき航法衛星信号受信部を用いて時刻情報を生成し、得られた時刻情報に基づき時刻情報生成部を用いて所定の標準的な時刻に同期した時刻情報を生成出力するよう制御するステップとを備えた
ことを特徴とする時刻同期装置における時刻情報生成方法。
【請求項７】
コンピュータを、請求項１乃至４何れか１項記載の時刻同期装置の各部として機能させることを特徴とする時刻情報生成プログラム。
【請求項８】
航法衛星から航法衛星信号を受信して前記航法衛星信号に含まれる時刻情報および衛星の位置情報に基づき受信位置情報を生成する測位装置であって、
４つ以上の航法衛星から同時に受信した航法衛星信号に基づき航法衛星に同期した時刻情報および受信位置情報を生成する航法衛星信号受信部と、
同時受信可能な４つ以上の航法衛星からの航法衛星信号の各組み合わせに対して、航法衛星信号受信部を用いて生成した時刻情報を取得し、取得した複数の時刻情報を比較して時刻情報が早い組み合わせに係る複数の航法衛星信号を抽出し、抽出した航法衛星信号に基づき航法衛星信号受信部を用いて受信位置情報を生成して、得られた受信位置情報を出力するよう制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記航法衛星信号の受信状態に基づいて決定した許容誤差値の時間内で時刻情報が早い組み合わせに係る複数の航法衛星信号を抽出する
ことを特徴とする測位装置。
【請求項９】
前記許容誤差値は、予め定めた信号対雑音比の閾値を越える航法衛星信号の数に基づき決定する
ことを特徴とする請求項８記載の測位装置。
【請求項１０】
前記許容誤差値は、予め定めた受信強度の閾値を越える航法衛星信号の数に基づき決定する
ことを特徴とする請求項８記載の測位装置。
【請求項１１】
航法衛星から航法衛星信号を受信して前記航法衛星信号に含まれる時刻情報および衛星の位置情報に基づき受信位置情報を生成する測位装置における測位方法であって、
測位装置は、４つ以上の航法衛星から同時に受信した航法衛星信号に基づき航法衛星に同期した時刻情報および受信位置情報を生成する航法衛星信号受信部と、航法衛星信号受信部を制御する制御部とを備え、
測位方法は、制御部が、
同時受信可能な複数の航法衛星からの航法衛星信号のそれぞれに対して、航法衛星信号受信部を用いて生成した時刻情報を取得するよう制御するステップと、
取得した複数の時刻情報を比較して航法衛星信号の受信状態に基づいて決定した許容誤差値の時間内で時刻情報が早い組み合わせに係る複数の航法衛星信号を抽出するよう制御するステップと、
抽出した航法衛星信号に基づき航法衛星信号受信部を用いて受信位置情報を生成して、得られた受信位置情報を出力するよう制御するステップとを備えた
ことを特徴とする測位装置における測位方法。
【請求項１２】
コンピュータを、請求項８乃至１０何れか１項記載の測位装置の各部として機能させることを特徴とする測位プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高精度な時刻同期を実現する技術、特に全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）の航法衛星信号を常時、可視衛星信号として受信できない環境においても、高精度な時刻同期及び測位を実現する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）方式のモバイル通信システムで必要となる、基地局間の高精度な時刻（位相）同期を実現する手段として、ＧＰＳ（Global Positioning System）をはじめとするＧＮＳＳの利用が拡大している。ＧＮＳＳの衛星（航法衛星）は協定世界時（ＵＴＣ：Coordinated Universal Time）に同期した高精度な原子時計を搭載し、これに同期した航法衛星信号を電波により送信するが、地球上の任意の地点においてこの航法衛星の信号を受信することによってＵＴＣに時刻同期することが可能となる。
【０００３】
しかしながら、航法衛星から送信される航法衛星信号は受信地点に到達するまでに伝播遅延を生じることから、遅延時間を補正するために少なくとも４基の航法衛星の信号を同時に受信し、信号の受信位置の３次元座標情報（ｘ，ｙ，ｚ）及び受信時刻情報（ｔ）の４つのパラメータを特定する必要がある。ＧＰＳの場合、現在２４基以上の航法衛星を６つの準同期軌道上で約１２時間の周期で地球を周回して運用しているが、測位と時刻同期を定常的に実現するためにはこのうち少なくとも４基の航法衛星を常時捕捉可能な環境を選択する必要がある。
【０００４】
高精度な時刻同期を目的としてＧＮＳＳを利用する際に、建造物や樹木等により航法衛星信号を受信するアンテナ（以下、航法衛星信号アンテナ）周辺の航法衛星信号の見通し空間が遮断されることが原因となり、直接波として受信可能な可視衛星信号数に制限を生じる場合がある。一般的にモバイル通信システムの基地局はトラフィック需要の多い都市部においてより高い密度で設置される傾向にあるが、航法衛星信号の受信状態をシミュレーションにより推定した報告（非特許文献１参照）によると、都市部（新宿副都心エリア）で常時４基以上の航法衛星信号を直接波として捕捉可能なエリアは面積比で１３．５％に限定される（但し、ビル屋上等は除く）。そのため、必要な数の航法衛星信号を直接波として常時捕捉することが困難な、航法衛星信号の受信状態が良好ではない環境においても高精度に、かつ安定した時刻同期を実現することが課題となっている。
【０００５】
航法衛星信号を使用した測位、または航法衛星信号への時刻同期を行う際には直接波として受信可能な可視衛星信号をより多く受信できる、開空間の開けた受信環境を選択することが精度の向上において有効である。さらに可視衛星が天空上に万遍なく分散して配置している方が測位、時刻の精度がより向上する。天空上の衛星配置の偏りによる精度劣化を表す指標としてＤＯＰ（Dilution Of Precision：精度低下率）と呼ばれる指標がしばしば用いられる。
【０００６】
航法衛星信号による測位、時刻同期においてこの他に精度に影響を与える要因としては、航法衛星信号が航法衛星信号アンテナ周辺の構造物や地面により反射、回折することにより生じる、反射波、回折波（いわゆるマルチパス信号）を受信した場合が挙げられる。
【０００７】
図１７にマルチパス信号の発生状況を説明する模式図を示す。図１７に示す通り、マルチパス信号には直接波を伴うケース（可視衛星信号のマルチパス信号）と直接波を伴わないケース（不可視衛星信号のマルチパス信号）の種別がある。前者については直接波の受信強度がマルチパス信号の受信強度よりも大きい通常のケースでは航法衛星信号受信回路における相関信号処理により、マルチパス信号の影響を効果的に低減するアルゴリズムがこれまでに検討されている（非特許文献２参照）。一方、後者の直接波を伴わないマルチパス信号については当該の航法衛星信号を測位や時刻同期に使用しない場合を除き、根本的にその影響を取り除くことは困難であり、測位精度や時刻同期精度に及ぼす影響が大きい。
【０００８】
図１８にマルチパス信号の受信状況の一例を示す。周囲を建造物で囲まれた環境にＧＰＳ衛星信号アンテナを設置してＧＰＳ衛星信号を受信した結果、図１８上段に示すように、ＧＰＳアンテナ設置位置における天空画像上で開空間に位置する可視衛星信号（図１８の例では、＃６、＃９）以外にも構造物に遮蔽された不可視衛星信号の多く（図１８の例では、＃２、＃３、＃５、＃７、＃１２、＃１７、＃１９、＃２３、＃２５）がマルチパス信号として受信されることが確認された。また、図１８下段に示すように、経時的なＧＰＳ衛星信号の受信特性についてもＧＰＳアンテナ周辺の構造物を考慮した開空間からシミュレーションで得られる可視衛星数よりもむしろ、オープンスカイを仮定した受信衛星数に近い数の航法衛星信号が受信された。ここで「オープンスカイ」とは周囲に遮蔽物のない上空の開けた環境を意味する。
【０００９】
マルチパス信号は直接波と比較して伝搬経路長が長く、遅延して航法衛星信号アンテナに到達するため、直接波を伴わない不可視衛星のマルチパス信号を受信して生成された時刻は可視衛星信号を受信して生成された時刻と比較して相対的に遅れる。また、航法衛星信号アンテナから反射点までの距離が大きいほど反射波の直接波に対する伝搬遅延時間差が大きくなり、生成された時刻差が大きくなるため時刻同期精度が劣化する。
【００１０】
図１９に図１８のマルチパス信号が発生する環境で航法衛星信号を受信して得られる時刻とオープンスカイ環境で航法衛星信号を受信して得られる時刻の差（タイムエラー）を計測するために使用した実験系の構成を示す。それぞれの環境で受信されたＧＰＳ衛星信号を同一機種の２台のＧＰＳレシーバにそれぞれに入力し、生成された時刻情報のタイミング出力信号である１ＰＰＳ（Pulse Per Second）信号の位相差をタイムエラー計測器により経時的に計測した。その結果、図２０に示すようにマルチパス信号が発生する環境で受信した航法衛星信号から生成された時刻はオープンスカイの環境で受信した航法衛星信号から生成された時刻に対して最大で２５０ｎｓ以上、遅れることが確認された。
【００１１】
従来、このようなマルチパス信号による影響を低減する種々の方法が考えられている。マルチパス信号の影響の低減方法の１つについて説明する。マルチパス信号は航法衛星信号が建造物で反射、回折する際に信号強度が減衰する。また、建造物等で反射する際に航法衛星信号の円偏波特性の旋転方向が反転する。この反射に伴う円偏波特性の反転を利用し、航法衛星信号アンテナに円偏波特性に依存するアイソレーション特性を備えることによって奇数回反射した反射波の信号強度を減衰させることができる。また、航法衛星信号アンテナの鉛直方向の指向性により地面や低仰角からの反射波の信号強度を減衰させることができる。以上が航法衛星信号アンテナによる、マルチパス信号の影響の低減方法の１つである。
【００１２】
航法衛星信号受信装置において実現される、他のマルチパス信号の影響の低減方法としては、受信した航法衛星信号の受信強度や信号対雑音比（Signal-To-Noise Ratio：ＳＮＲ）によって測位や時刻同期を行う際に使用する航法衛星信号に相対的に重み付けの処理を行なう、あるいは受信した航法衛星信号の受信強度や信号対雑音比（ＳＮＲ）の閾値によって測位や時刻同期に使用する航法衛星信号を選別するというものが挙げられる。図２０に、信号対雑音比（ＳＮＲ）の閾値によって航法衛星信号を選別した場合の、時刻精度の劣化精度を測定した結果を示す。図２０に示す通り、図１９の計測において受信した航法衛星信号から信号対雑音比（ＳＮＲ）が３５ｄＢ以上の航法衛星信号を選択して時刻を生成した結果、時刻差は１００ｎｓ以下に大幅に改善することが確認された。
【００１３】
さらに航法衛星信号受信装置において実現される、他のマルチパス信号の影響の低減方法について説明する。図２１に示す通り、マルチパス信号の発生状況は航法衛星信号の仰角により異なる。反射、回折を生じる航法衛星信号アンテナ周辺の建造物の高さが有限であることから、建造物と航法衛星信号アンテナの設置位置との間の距離が大きい場合、仰角の大きい航法衛星信号の反射信号については建造物の鉛直方向の壁面における反射角が小さいため、反射信号は地面方向に伝搬し、航法衛星信号アンテナに到達しない。一方、仰角の低い航法衛星信号は建造物の鉛直方向の壁面における反射角が大きいため、直接波と比較して大きな伝搬遅延時間差を生じる反射波が航法衛星信号アンテナに到達する可能性が高い。このため、航法衛星信号を仰角の閾値によりフィルタリングし、測位、時刻同期に使用する航法衛星信号を選択することでマルチパス信号の影響を低減する対処方法が従来行われている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】袴田知弘、小西勇介、徐庸鉄、柴崎亮介、「３次元地図を用いたＧＮＳＳ有用性評価シミュレーションシステムの改良」、［ｏｎｌｉｎｅ］、［２０１５年１月１８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://gi-studentjp.org/s_forum/pdf/2003/35_hakamada.pdf＞
【非特許文献２】久保信明、「ＧＰＳ測位におけるマルチパス誤差の低減化と高精度測位の可能性について」、博士論文、東京海洋大学、２００５年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
航法衛星信号による測位や時刻同期において不可視衛星信号を、直接波を伴わないマルチパス信号として受信した場合に生じる精度の劣化を低減する、従来の方法における課題として以下の点が挙げられる。
【００１６】
（１）航法衛星信号受信装置において航法衛星信号そのものの選択を行う方法
（１−１）仰角マスクによる方法
航法衛星信号の仰角に閾値を設定し、これに基づいて測位、時刻同期に使用する航法衛星信号を選択する方法である。この方法では、本来は時刻同期精度の向上に貢献する、直接波として受信可能な可視衛星信号をも排除してしまう可能性がある。このため、時刻同期に使用するのに適切な衛星信号が選択されないことがあった。
【００１７】
（１−２）ＳＮＲマスクによる方法
受信した航法衛星信号の受信信号強度や信号対雑音比等に閾値を設定し、測位、時刻同期に使用する衛星信号を選択する方法である。この方法では、閾値を設定する上での最適値が航法衛星信号アンテナの受信特性、航法衛星信号アンテナの設置環境、航法衛星受信装置の感度等に依存する。また、閾値の設定値が厳格な場合（受信信号強度や信号対雑音比等の閾値が大きい場合）には受信可能な可視衛星信号数が少ない時間帯などにおいて測位、時刻同期に必要な４つの航法衛星信号が確保できない懸念が生じる。一方、閾値の設定値が緩い場合（受信信号強度や信号対雑音比等の閾値が小さい場合）には直接波を伴わないマルチパス信号として受信される不可視衛星信号を十分に排除することができない可能性がある。このため、時刻同期に使用するのに適切な衛星信号と、適切でない衛星信号の選択が正しく行えないことがあった。
【００１８】
（２）航法衛星信号受信装置において航法衛星信号を受け入れた上で補正処理を行う方法
（２−１）ＳＮＲに基づく重みづけによる方法
受信した航法衛星信号の受信信号強度や信号対雑音比等によって測位、時刻同期に使用する衛星信号に対して信号処理の際に重み付けをする方法である。この方法では、直接波として受信可能な可視衛星信号の数よりも直接波を伴わないマルチパス信号として受信される不可視衛星信号の数の方が大きい場合、相対的に不可視衛星信号の寄与が大きくなる可能性があり、結果的に、時刻同期に適切でない衛星信号が選択されたことによる時刻同期精度の劣化を回避できないことがあった。
【００１９】
（３）時刻同期に使用するのに不適切な航法衛星信号を減衰する方法（アンテナ処理）
（３−１）偏波アイソレーションによる方法
反射信号の円偏波の旋転方向が反転することを利用し、円偏波に依存するアイソレーション特性を有する航法衛星信号アンテナによって奇数回反射した航法衛星信号の信号強度を減衰させる方法である。この方法では、ある程度信号の受信強度を減衰することは可能であるが、航法衛星信号受信回路の受信感度以上の信号は受信できてしまう。つまりマルチパス信号の影響を排除できない可能性がある方法であり、２回反射する信号に対しては旋転方向がさらに反転して元に戻るので減衰は得られない。そのため、時刻同期に使用するのに適切でない信号を選択することがあった。
【００２０】
（３−２）指向性アンテナを用いる方法
航法衛星信号アンテナの鉛直方向の指向性により地面や低仰角からの反射波を減衰させる方法である。この方法は、上記と同様、反射波の受信信号強度をある程度減衰することはできても、マルチパス信号の影響により、時刻同期に使用するのに適切でない信号を選択することがあった。
【００２１】
上記のように、従来技術（１）〜（３）では、時刻同期に使用するのに適切な衛星信号と、適切でない衛星信号の選択が正しく行えないことがあった。
【００２２】
本発明は上記の問題点に鑑みなされたものであり、直接波を伴わないマルチパス信号である不可視衛星信号を多く受信する、航法衛星信号の受信特性が良好ではない環境においても、高精度な時刻同期又は測位を実現することが可能な時刻同期装置及び測位装置、その方法並びにプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するために、本願発明は、受信された航法衛星信号の組み合わせにより生成された時刻情報を比較処理し、航法衛星による時刻同期や測位に適した航法衛星信号を選択するものである。ここで航法衛星信号の選択処理では、航法衛星信号の受信状態に基づいて決定した許容誤差値の時間内で時刻情報が早い組み合わせに係る複数の航法衛星信号を選択する。
【００２４】
すなわち、本願発明は、航法衛星から航法衛星信号を受信して前記航法衛星信号に含まれる時刻情報に基づき所定の標準的な時刻に同期した時刻情報を生成する時刻同期装置であって、４つ以上の航法衛星から同時に受信した航法衛星信号に基づき航法衛星に同期した時刻情報を生成する航法衛星信号受信部と、航法衛星信号受信部で生成された時刻情報に基づき所定の標準的な時刻に同期した時刻情報を生成する時刻情報生成部と、同時受信可能な４つ以上の航法衛星からの航法衛星信号の各組み合わせに対して、航法衛星信号受信部を用いて生成した時刻情報を取得し、取得した複数の時刻情報を比較して時刻情報が早い組み合わせに係る複数の航法衛星信号を抽出し、抽出した航法衛星信号に基づき航法衛星信号受信部を用いて時刻情報を生成し、得られた時刻情報に基づき時刻情報生成部を用いて所定の標準的な時刻に同期した時刻情報を生成出力するよう制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記航法衛星信号の受信状態に基づいて決定した許容誤差値の時間内で時刻情報が早い組み合わせに係る複数の航法衛星信号を抽出することを特徴とする。
【００２５】
また、本願発明は、航法衛星から航法衛星信号を受信して前記航法衛星信号に含まれる時刻情報に基づき所定の標準的な時刻に同期した時刻情報を生成する時刻同期装置であって、１つ又は複数の航法衛星から単独に又は同時に受信した航法衛星信号及び所定の受信位置の位置情報に基づき航法衛星に同期した時刻情報を生成する航法衛星信号受信部と、航法衛星信号受信部で生成された時刻情報に基づき所定の標準的な時刻に同期した時刻情報を生成する時刻情報生成部と、同時受信可能な複数の航法衛星からの航法衛星信号のそれぞれに対して、航法衛星信号受信部を用いて生成した時刻情報を取得し、取得した複数の時刻情報を比較して時刻情報が早い複数の航法衛星信号を抽出し、抽出した航法衛星信号に基づき航法衛星信号受信部を用いて時刻情報を生成し、得られた時刻情報に基づき時刻情報生成部を用いて所定の標準的な時刻に同期した時刻情報を生成出力するよう制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記航法衛星信号の受信状態に基づいて決定した許容誤差値の時間内で時刻情報が早い複数の航法衛星信号を抽出することを特徴とする。
【００２６】
また、本願発明は、航法衛星から航法衛星信号を受信して前記航法衛星信号に含まれる時刻情報および衛星の位置情報に基づき受信位置情報を生成する測位装置であって、４つ以上の航法衛星から同時に受信した航法衛星信号に基づき航法衛星に同期した時刻情報および受信位置情報を生成する航法衛星信号受信部と、同時受信可能な４つ以上の航法衛星からの航法衛星信号の各組み合わせに対して、航法衛星信号受信部を用いて生成した時刻情報を取得し、取得した複数の時刻情報を比較して時刻情報が早い組み合わせに係る複数の航法衛星信号を抽出し、抽出した航法衛星信号に基づき航法衛星信号受信部を用いて受信位置情報を生成して、得られた受信位置情報を出力するよう制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記航法衛星信号の受信状態に基づいて決定した許容誤差値の時間内で時刻情報が早い組み合わせに係る複数の航法衛星信号を抽出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、時刻同期や測位に使用するのに適切な航法衛星信号と、適切でない航法衛星信号の選択を正しく行うことができる。このため、航法衛星信号を受信する開空間が制限され、直接波を伴わないマルチパス信号として不可視衛星信号を受信する、航法衛星信号の受信状態が良好ではない環境においても、高精度な時刻同期や測位を実現する効果が期待される。
【００２８】
４基以上の航法衛星信号を使用して測位、時刻同期を同時に行う形態では以下の効果が期待できる。
【００２９】
（Ａ）可視衛星信号数が３以下の場合には各時刻において不可視衛星を含む４基の衛星信号の組み合わせのうち、生成される時刻の最も早い衛星の信号の組み合わせを選択することにより、不可視衛星信号のうち、時刻同期精度や測位精度を大きく劣化させる可能性が高い、伝搬遅延時間の大きい反射波、回折波として受信される航法衛星信号を排除することで時刻同期精度や測位精度を向上することができる。
【００３０】
（Ｂ）可視衛星信号数が４の場合には各時刻において４基の衛星信号の組み合わせのうち、生成される時刻の最も早い衛星の信号の組み合わせを選択することにより、可視衛星信号を選択し不可視衛星信号を排除することで時刻同期精度や測位精度を向上することができる。
【００３１】
（Ｃ）可視衛星信号数が５以上の場合には各時刻において受信可能な可視衛星信号を使用し時刻情報を生成することにより、時刻同期精度や測位精度を向上することができる。
【００３２】
また、航法衛星信号アンテナの座標を設定して１基以上の航法衛星信号を使用して時刻同期を行う形態では以下の効果が期待できる。
【００３３】
（Ｄ）可視衛星信号数が０の場合には各時刻において不可視衛星のうち、最も時刻の早い衛星の信号の組み合わせを選択することにより、不可視衛星信号のうち、時刻同期精度を大きく劣化させる可能性が高い、伝搬遅延時間差の大きい反射波、回折波として受信される航法衛星信号を排除することで時刻同期精度を向上することができる。
【００３４】
（Ｅ）可視衛星信号数が１以上の場合には各時刻において受信可能な可視衛星信号を使用し時刻情報を生成することにより、時刻同期精度を向上することができる。
【００３５】
さらに両方の形態では以下の効果が期待できる。
【００３６】
（Ｆ）航法衛星信号アンテナの受信特性、航法衛星受信回路の性能に依存せず、マルチパス信号の影響を効果的に排除することが期待できる。
【００３７】
（Ｇ）パラメータ値を適切に設定することにより、可視衛星信号を正しく選択し、不可視衛星の時刻精度や測位精度に及ぼす影響を効果的に低減することができる。
【００３８】
（Ｈ）本発明では衛星信号の組み合わせによる時刻情報に基づき、時刻同期や測位に使用する衛星信号の選択を行うため、受信した航法衛星信号の受信信号強度や信号対雑音比等に閾値を設定し、測位、時刻同期に使用する衛星信号を選択する従来の方法で課題となっていた必要な航法衛星数を確保できないといったリスクが発生しない。
【００３９】
（Ｉ）本発明では航法衛星信号アンテナにおいて円偏波アイソレーション特性や鉛直方向の指向性を実装する必要がないため、副次的な効果として、航法衛星信号アンテナのコストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の時刻同期装置の実施の形態の一例を示す構成図
【図２】許容誤差値と精度の関係を示すグラフ
【図３】オープンスカイ受信環境における許容誤差値に対する時刻精度の計測結果（１）
【図４】オープンスカイ受信環境における許容誤差値に対する時刻精度の計測結果（２）
【図５】マルチパス受信環境における許容誤差値に対する時刻精度の計測結果（１）
【図６】マルチパス受信環境における許容誤差値に対する時刻精度の計測結果（２）
【図７】マルチパス受信環境における許容誤差値に対する時刻精度の計測結果（３）
【図８】オープンスカイ受信環境における受信状態を説明する図
【図９】マルチパス受信環境における受信状態を説明する図
【図１０】ＣＮＲ閾値を上回る衛星信号数と許容誤差値との関係を説明する図
【図１１】マルチパス受信環境（１）を説明する図
【図１２】マルチパス受信環境（１）における時刻同期精度の評価結果を示す図
【図１３】マルチパス受信環境（１）における２次元測位精度の評価結果を示す図
【図１４】マルチパス受信環境（２）を説明する図
【図１５】マルチパス受信環境（２）における時刻同期精度の評価結果を示す図
【図１６】マルチパス受信環境（２）における２次元測位精度の評価結果を示す図
【図１７】マルチパス信号の発生状況を説明する模式図
【図１８】マルチパス信号の発生状況
【図１９】マルチパス環境の時刻精度の劣化の計測系を示す構成図
【図２０】マルチパス環境の時刻精度の劣化の計測結果
【図２１】航法衛星の仰角と反射波の関係を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明の時刻同期装置の実施の形態の一例を含むシステム全体の構成を図１に示す。本システムは、航法衛星信号アンテナ１、航法衛星信号受信部２、時刻情報生成部３、制御部４、設定部５を備える。
【００４２】
航法衛星信号アンテナ１は、航法衛星信号を受信するためのアンテナである。航法衛星信号受信部２は、複数の航法衛星信号を受信し、受信位置における時刻情報を計算し時刻情報生成部３へ出力する機能部である。時刻情報生成部３は、時刻情報を生成し外部へ出力する機能部である。制御部４は、航法衛星信号受信部および時刻情報生成部を制御するための機能部である。設定部５は、システムの各種のパラメータの設定を行うための機能部である。以下に各機能部の構成・動作について詳述する。
【００４３】
航法衛星信号アンテナ１は、航法衛星信号受信部２との間を同軸ケーブル等で接続され、受信した航法衛星信号を航法衛星信号受信部２へ伝送する。
【００４４】
航法衛星信号受信部２は、固定位置推定モードと位置固定モードの２つの動作モードを有する。固定位置推定モードにおいては、航法衛星信号受信部２は、少なくとも４基の航法衛星の信号を同時に受信することで信号の受信位置の３次元座標情報（ｘ，ｙ，ｚ）及び受信時刻情報（ｔ）の４つのパラメータを計算により特定し、航法衛星から受信した時刻情報を航法衛星の位置から受信地点までの伝播遅延時間に基づき補正する。
【００４５】
位置固定モードにおいては、航法衛星信号受信部２は、あらかじめ設定した受信位置の３次元座標情報（ｘ，ｙ，ｚ）に基づき、少なくとも１基の航法衛星の信号を受信することで受信時刻情報（ｔ）を計算により特定し、航法衛星から受信した時刻情報を航法衛星の位置から受信地点までの伝播遅延時間に基づき補正する。
【００４６】
さらにいずれの動作モードにおいても、航法衛星信号受信部２は、航法衛星信号アンテナ１と航法衛星信号受信部２との間の同軸ケーブル等の伝送路の伝送遅延時間を補正し、航法衛星信号アンテナ１の設置位置における時刻情報を生成する。
【００４７】
航法衛星信号受信部２は、このようにして生成された航法衛星に同期した時刻情報と使用した航法衛星に関する情報を時刻情報生成部３および制御部４に出力する。時刻情報としては一例として、航法衛星信号に同期した１ＰＰＳ（Pulse Per Second）等の信号形式のタイミング信号および時間・秒などの絶対時刻に関する情報（ＴｏＤ：Time of the Day）を通知するための、ＮＭＥＡ（National Marine Electronics Association）０１８３等のフォーマットによるタイムコード・データが使用される。また、航法衛星に関する情報としては、航法衛星システム種別、衛星番号などが使用される。一方、航法衛星信号受信部２で測位、時刻同期に使用する航法衛星信号の選択は、制御部４の指示に基づく。
【００４８】
航法衛星信号受信部２は、装置の内部に設置しても良いし、装置の外部に置かれた航法衛星信号受信装置を使用しても良い。固定位置推定モードにおいては、航法衛星信号受信部２は、航法衛星信号による測位により計算された受信位置情報を記憶することができる。その場合、航法衛星信号アンテナ１の位置を移動しないという前提であれば、その後は位置固定モードにより最低１基の航法衛星信号を受信すれば時刻同期を行うことができる。
【００４９】
時刻情報生成部３は、航法衛星信号に同期した時刻の生成を担う機能部であり、航法衛星信号受信部２から供給される時刻情報に基づき、所定の標準的な時刻、ここでは前述したＵＴＣに同期した時刻信号を生成する。具体的には、時刻情報生成部３は、内部に発振器および位相同期回路（ＰＬＬ：Phase Locked Loop）を搭載し、航法衛星信号受信部２から供給される１ＰＰＳ信号に対して従属的にタイミングを同期すると同時に、航法衛星信号受信部２から供給されるＴｏＤ情報による絶対時刻に整合した時刻情報を生成する。時刻情報生成部３は、航法衛星信号受信部２からの信号が中断した場合は、自走（ホールドオーバ）することにより時刻情報の生成を維持、継続することができる。
【００５０】
また、時刻情報生成部３は、時刻同期を行う装置外部の装置（被時刻同期装置）に対して時刻情報を供給する役割を担う。この際に使用される時刻情報としては、上記の１ＰＰＳ／ＴｏＤの他にＩＥＥＥ１５８８  ｖｅｒｓｉｏｎ２で規定されるＰＴＰ（Precision Time Protocol）プロトコルを使用して、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）等のパケット通信インタフェースを介して時刻情報が供給されるケースも想定される。
【００５１】
制御部４は、設定部５に入力されたパラメータの情報に基づき、後述する時刻情報を生成するアルゴリズムを実現するために航法衛星信号受信部２および時刻情報生成部３の制御、航法衛星信号受信部２から出力された時刻情報の比較、航法衛星の抽出等の処理を行う。
【００５２】
設定部５は、外部からシステムの動作に必要な各種パラメータの設定を行う。設定するパラメータには、航法衛星信号受信部２の動作モードとして固定位置推定モード、位置固定モードのいずれかの選択、位置固定モードの場合の位置座標値の設定値、航法衛星信号アンテナ１と航法衛星信号受信部２を接続する同軸ケーブル等の伝送路で生じる伝送遅延時間の補正値、使用する航法衛星信号種別、航法衛星信号受信位置のタイムゾーンおよび後述する時刻情報を生成するアルゴリズムを実現する上でのパラメータの設定等が含まれる。位置座標値の設定方法としては、一例として航法衛星信号アンテナ設置位置の緯度、経度、海抜高度値の設定が考えられる。
【００５３】
本発明は、不可視衛星信号が直接波を伴わないマルチパス信号（反射波、回折波）として受信される場合に航法衛星システムの時刻との誤差の小さい、高精度な時刻情報を生成する時刻同期装置及び測位装置、並びに、その方法及びプログラムに関する。以下にその動作アルゴリズムについて説明する。
【００５４】
まず、前提条件として、航法衛星信号アンテナ１の周辺に航法衛星信号の伝搬を遮蔽する構造物が存在する環境で可視衛星信号(直接波信号または直接波を伴うマルチパス信号)、不可視衛星信号(直接波を伴わないマルチパス信号)を問わず、固定位置推定モードにおいては４基以上の、位置固定モードにおいては１基以上の航法衛星信号を受信できるものとする。また、受信した航法衛星信号が可視衛星信号であるか、不可視衛星信号であるかは不可知であるとする。
【００５５】
以上の前提条件で、以下の手順により、受信した航法衛星信号から測位、時刻同期に使用する航法衛星を選択し、時刻精度の向上を図る。ここで時刻精度の向上とは航法衛星信号アンテナ１による航法衛星信号の受信位置においてオープンスカイ環境で受信した可視衛星信号で生成される時刻からの差（遅れ）を小さくすることを意味する。手順に従った時刻情報の生成を行うために設定部５において設定されたパラメータの設定値に基づき、制御部４は、航法衛星信号受信部２および時刻情報生成部３の制御を行う。
【００５６】
（１）固定位置推定モードのケース
固定位置推定モードでは、以下の手順（Ａ）又は（Ｂ）の何れかにより時刻情報を生成する。どちらを実装・利用するかは任意であり、両者を実装しておき一方を任意で利用するようにしてもよい。
【００５７】
下記手順（Ａ）及び（Ｂ）は、同時受信可能な４つ以上の航法衛星からの航法衛星信号の各組み合わせに対して、航法衛星信号受信部２を用いて生成した時刻情報を取得し、取得した複数の時刻情報を比較して時刻情報が早い組み合わせに係る複数の航法衛星信号を抽出し、抽出した航法衛星信号に基づき測位・時刻同期を行うものである。前記抽出過程においては、許容誤差値ｄＴの時間内で時刻情報が早い組み合わせに係る複数の航法衛星信号を抽出する。以下、各手順について詳述する。
【００５８】
手順（Ａ）
（ア）受信したｎ個の航法衛星信号のうち抽出される４つの衛星信号のｎＣ４通りの組み合わせのそれぞれに対し測位・時刻同期を行う。
（イ）得られたｎＣ４個の時刻値から最も早い時刻Ｔ０が得られる衛星信号の組み合わせを抽出する。
（ウ）次にあらかじめ設定部５において設定した許容誤差値ｄＴ１によりＴ０＋ｄＴ１の基準時刻を設定する。
（エ）前記（イ）で得られたｎＣ４個の時刻値のうち値がＴ０＋ｄＴ１より早くなる衛星信号の全ての組み合わせを抽出する。
（オ）以下、受信したｎ個の航法衛星信号のうち５，６，７，８，…，ｎ個の衛星信号のそれぞれの組み合わせ（ｎＣ５，ｎＣ６，ｎＣ７，ｎＣ８…，ｎＣｎ通りの組み合わせ）に対して同様に測位・時刻同期の結果、得られた時刻がＴ０＋ｄＴ１より早くなる航法衛星信号の全ての組み合わせを抽出する。
（カ）前記（エ）及び（オ）で抽出された衛星信号を使用して測位、時刻同期を行い、得られた時刻情報を、受信した航法衛星信号で生成された時刻情報とする。
【００５９】
すなわち、手順（Ａ）は、同時受信可能な４つ以上の航法衛星からの航法衛星信号の各組み合わせに対して、航法衛星信号受信部２を用いて生成した時刻情報を取得し、取得した複数の時刻情報のうち最も早い時刻を基準時刻として、基準時刻に所定の許容誤差値ｄＴ１を足した時刻より早い時刻情報を生成した組み合わせに係る複数の航法衛星信号を抽出し、抽出した航法衛星信号に基づき測位・時刻同期を行うものである。
【００６０】
手順（Ｂ）
（ア）受信したｎ個の航法衛星信号のうち抽出される４つの衛星信号のｎＣ４通りの組み合わせのそれぞれに対し測位・時刻同期を行う。
（イ）得られたｎＣ４個の時刻値から最も早い時刻Ｔ０が得られる衛星信号の組み合わせを抽出する。
（ウ）次にあらかじめ設定部５において設定した許容誤差値ｄＴ２によりＴ０＋ｄＴ２基準時刻を設定する。
（エ）前記（イ）で得られたｎＣ４個の時刻値のうち値がＴ０＋ｄＴ２より遅くなる、受信した衛星信号の全ての組み合わせを抽出する。
（オ）前記（エ）で得られた衛星の組み合わせのうち、前記（イ）の衛星を除く航法衛星信号を測位・時刻同期に使用する衛星信号から除外して測位、時刻同期を行い、得られた時刻情報を、受信した航法衛星信号で生成された時刻情報とする。
【００６１】
すなわち、手順（Ｂ）は、同時受信可能な４つ以上の航法衛星からの航法衛星信号の各組み合わせに対して、航法衛星信号受信部２を用いて生成した時刻情報を取得し、取得した複数の時刻情報のうち最も早い時刻を基準時刻として、基準時刻に所定の許容誤差値ｄＴ２を足した時刻より遅い時刻情報を生成した組み合わせに係る複数の航法衛星信号を特定し、特定した航法衛星信号のうち前記基準時刻が生成された航法衛星信号を除外したものを除外航法衛星信号として、同時受信可能な各航法衛星信号から前記除外航法衛星信号を除外したものを抽出し、抽出した航法衛星信号に基づき測位・時刻同期を行うものである。
【００６２】
（２）位置固定モードのケース
手順（Ｃ）は、同時受信可能な複数の航法衛星からの航法衛星信号のそれぞれに対して、航法衛星信号受信部２を用いて生成した時刻情報を取得し、取得した複数の時刻情報を比較して時刻情報が早い複数の航法衛星信号を抽出し、抽出した航法衛星信号に基づき測位・時刻同期を行うものである。前記抽出過程においては、許容誤差値ｄＴの時間内で時刻情報が早い複数の航法衛星信号を抽出する。以下、手順（Ｃ）について詳述する。
【００６３】
手順（Ｃ）
（ア）受信したｎ個の航法衛星信号それぞれを使用して時刻同期を行う。
（イ）得られたｎ個の時刻値から最早の時刻Ｔ０が得られる衛星を抽出する。
（ウ）次にあらかじめ設定部５において設定した許容誤差値ｄＴ３によりＴ０＋ｄＴ３の基準時刻を設定する。
（エ）得られた時刻値がＴ０＋ｄＴ３より早くなる衛星を抽出する。
（オ）前記（エ）で抽出した衛星信号を使用して測位、時刻同期を行い、得られた時刻情報を受信した航法衛星信号で生成された時刻情報とする。
【００６４】
すなわち、手順（Ｃ）は、同時受信可能な複数の航法衛星からの航法衛星信号のそれぞれに対して、航法衛星信号受信部２を用いて生成した時刻情報を取得し、取得した複数の時刻情報のうち最も早い時刻を基準時刻として、基準時刻に所定の許容誤差値ｄＴ３を足した時刻より早い時刻情報を生成した複数の航法衛星信号を抽出し、抽出した航法衛星信号に基づき測位・時刻同期を行うものである。
【００６５】
なお、上記の許容誤差値ｄＴ（手順（Ａ）のｄＴ１、手順（Ｂ）のｄＴ２、手順（Ｃ）のｄＴ３）は、設定部５により設定されるパラメータである。ここで、許容誤差値ｄＴとして０を設定する場合もあることに留意されたい。許容誤差値ｄＴの決定手法については後述する。
【００６６】
以下に各手順において、受信される可視衛星信号数のそれぞれのケースにおいて時刻同期精度が改善される理由を説明する。
【００６７】
手順（Ａ）
可視衛星信号数が３以下の場合は、各時刻において不可視衛星を含む４基の衛星信号の組み合わせのうち、生成される時刻の最も早い衛星の信号の組み合わせが（イ）により選択される。ｄＴ１を適切に設定することにより（エ）及び（オ）により不可視衛星信号のうち、時刻同期精度を大きく劣化させる可能性が高い、伝搬遅延時間の大きい反射波、回折波として受信される航法衛星信号を排除することができ、時刻同期精度を向上することができる。
【００６８】
可視衛星信号数が４の場合には各時刻において４基の衛星信号の組み合わせのうち、生成される時刻の最も早い衛星の信号の組み合わせが（イ）により選択されるが、これが可視衛星信号を選択することが期待される。これは、不可視衛星信号は、可視衛星信号と比較して伝搬遅延が大きい反射波、回折波として受信されるためである。そして、ｄＴ１を適切に設定することにより（エ）及び（オ）により不可視衛星信号を排除することができ、時刻同期精度を向上することができる。
【００６９】
可視衛星信号数が５以上の場合には各時刻において４基の衛星信号の組み合わせのうち、生成される時刻の最も早い衛星の信号の組み合わせが（イ）により選択されるが、これが可視衛星信号を選択することが期待される。ｄＴ１を適切に設定することにより（エ）及び（オ）により不可視衛星信号を排除することができ、さらに５以上のより多くの可視衛星信号を選択することにより時刻同期精度を向上することができる。
【００７０】
手順（Ｂ）
可視衛星信号数が３以下の場合は、各時刻において不可視衛星を含む４基の衛星信号の組み合わせのうち、生成される時刻の最も早い衛星の信号の組み合わせが（イ）により選択される。ｄＴ２を適切に設定することにより（エ）及び（オ）により不可視衛星信号のうち、時刻同期精度を大きく劣化させる可能性が高い、伝搬遅延時間の大きい反射波、回折波として受信される航法衛星信号を排除することができ、時刻同期精度を向上することができる。
【００７１】
可視衛星信号数が４の場合には各時刻において４基の衛星信号の組み合わせのうち、生成される時刻の最も早い衛星の信号の組み合わせが（イ）により選択されるが、これが可視衛星信号を選択することが期待される。ｄＴ２を適切に設定することにより（エ）及び（オ）により不可視衛星信号を排除することができ、時刻同期精度を向上することができる。
【００７２】
可視衛星信号数が５以上の場合には各時刻において４基の衛星信号の組み合わせのうち、生成される時刻の最も早い衛星の信号の組み合わせが（イ）により選択されるが、これが可視衛星信号を選択することが期待される。ｄＴ２を適切に設定することにより（エ）及び（オ）により不可視衛星信号を排除することができ、さらに５以上のより多くの可視衛星信号を選択することにより時刻同期精度を向上することができる。
【００７３】
手順（Ｃ）
可視衛星信号数が０の場合には、各時刻において不可視衛星のうち、生成される時刻の最も早い衛星の信号が（イ）により選択される。ｄＴ３を適切に設定することにより（エ）により不可視衛星信号のうち、時刻同期精度を大きく劣化させる可能性が高い、伝搬遅延時間の大きい反射波、回折波として受信される航法衛星信号を排除することができ、時刻同期精度を向上することができる。
【００７４】
可視衛星信号数が１の場合には、各時刻において生成される時刻の最も早い衛星が（イ）により選択されるが、これが可視衛星信号を選択することが期待される。ｄＴ３を適切に設定することにより（エ）及び（オ）により不可視衛星信号を排除することができ、時刻同期精度を向上することができる。
【００７５】
可視衛星信号数が２以上の場合には、各時刻において生成される時刻の最も早い衛星が（イ）により選択されるが、これが可視衛星信号を選択することが期待される。ｄＴ３を適切に設定することにより（エ）及び（オ）により不可視衛星信号を排除することができ、さらに２以上のより多くの可視衛星信号を選択することにより時刻同期精度を向上することができる。
【００７６】
次に、許容誤差値ｄＴ（手順（Ａ）のｄＴ１、手順（Ｂ）のｄＴ２、手順（Ｃ）のｄＴ３）の決定手法について詳述する。
【００７７】
許容誤差値ｄＴの設定値の最適値は衛星信号の受信状態により異なる。オープンスカイ受信環境においては可視衛星信号が多く受信されるが、その場合には天空上に万遍なく分散する衛星信号をできるだけ多く受信することがＤＯＰ値を低減し、精度を向上する上で有効である。そのため許容誤差値ｄＴの値として比較的大きな値を設定し、可視衛星信号をできるだけ多く選択する必要がある。可視衛星信号の組合せで得られる時刻は基準時刻Ｔ０からの遅れは小さいため許容誤差値ｄＴとして２０ｎｓ程度に設定すれば全ての可視衛星信号を選択することが可能である。一方、許容誤差値ｄＴの値が０または２０ｎｓ以下の場合には可視衛星信号を全て選択できない可能性がある。
【００７８】
これに対し、可視衛星信号数が４以下のマルチパス受信環境においては許容誤差値ｄＴが０の場合には可視衛星信号を含む、最も高い精度を実現する衛星信号を選択することが期待されるが、許容誤差値ｄＴの値が増大するのに伴い、不可視衛星信号を多く選択する結果、精度が劣化する懸念がある。つまり、許容誤差値ｄＴの値は小さい方が望ましい。
【００７９】
図２は、許容誤差値ｄＴの設定値と精度との関係を示す図である。オープンスカイ受信環境では、許容誤差値ｄＴの設定値が大きいほどタイムエラーが少なくなるが、マルチパス受信環境では、許容誤差値ｄＴの設定値が大きいほどタイムエラーが多くなることを示している。なお、図２では、可視衛星数が８以上の場合を「オープンスカイ受信環境」であるものとし、可視衛星数が４以下の場合を「マルチパス受信環境」であるものとしている。
【００８０】
上記実施の形態に係る時刻同期装置を用いて、許容誤差値ｄＴを固定した場合の評価結果を示す。図３及び図４はオープンスカイ環境における評価結果を示す。評価指標はタイムエラーの計測時間である。図３は、オープンスカイ環境において、許容誤差値ｄＴの値を０ｎｓとして衛星信号を選択した場合の評価結果であり、比較対象として上記手順（Ａ）〜（Ｃ）は採用せずに全衛星信号を使用した場合の評価結果も記載した。図４は、オープンスカイ環境において、許容誤差値ｄＴの値を１０ｎｓとして衛星信号を選択した場合のタイムエラーの計測したものである。図３及び図４に示すように許容誤差値ｄＴの値を０ｎｓに設定した場合には全衛星信号を受信した場合と比較して３０ｎｓ程度タイムエラーが増大したのに対し、許容誤差値ｄＴの値を１０ｎｓに設定した場合にはタイムエラーの増大は数ｎｓ程度に低減することが確認された。
【００８１】
図５、図６、図７にマルチパス環境における評価結果を示す。評価指標はタイムエラーの計測時間である。図５、図６、図７はマルチパス環境において許容誤差値ｄｔの値をそれぞれ０ｎｓ、５ｎｓ、１０ｎｓとして衛星信号を選択した場合のタイムエラーを計測したものである。図５、図６，図７が示すように許容誤差値ｄｔの値の増大することによるタイムエラーの低減は確認されなかった。
【００８２】
以上より、許容誤差値ｄＴは衛星信号の受信環境に応じて決定することが好ましい。具体的には、受信環境がオープンスカイ環境に近いほど許容誤差値ｄＴを大きくし、マルチパス環境に近いほど許容誤差値ｄＴを小さくすることが好ましい。換言すれば、可視衛星数が多いほど許容誤差値ｄＴを大きくし、可視衛星数が少ないほど許容誤差値ｄＴを小さくすることが好ましい。
【００８３】
実際の衛星信号の受信環境はアンテナの周辺に構造物が存在しない、いわゆるオープンフルスカイの状態から可視衛星信号が０の受信環境まで様々な受信環境が想定される。受信環境に応じて誤差許容値ｄＴの設定値を最適化する方法としては受信した航法衛星信号の受信状態（受信強度や信号対雑音比（ＳＮＲ））を参照する方法が有効であると考えられる。すなわち受信強度やＳＮＲに基づき、受信強度またはＳＮＲの大きな衛星信号が多く存在する場合にはよりオープンスカイに近い受信環境であると推定し、換言すれば可視衛星数が多いと推定し、誤差許容値ｄＴを大きな値に設定する。逆に、これらの衛星信号が少ない場合には、よりマルチパス環境に近い受信環境であると推定し、換言すれば可視衛星数が少ないと推定し、誤差許容値ｄＴを０または小さな値に設定する。
【００８４】
具体的には受信強度またはＳＮＲの閾値をあらかじめ設定し、これを上回る衛星信号数に基づき、誤差許容値ｄＴの値を決定することが考えられる。受信強度またはＳＮＲの閾値が所定の閾値より上回る衛星信号に係る衛星は可視衛星である蓋然性が高いので、当該衛星信号数が可視衛星数であると推定するものである。なお、ＳＮＲの指標の一つとして搬送波対雑音比（Carrier-To-Noise Ratio：ＣＮＲ）を用いることができる。このＣＮＲが４０ｄＢ−Ｈｚ以上で受信される場合、その衛星信号は可視衛星信号である可能性が高い。そこで、ＣＮＲを用いる場合にはＣＮＲ閾値として４０ｄＢ−Ｈｚの値を用いると好適である。
【００８５】
図８、図９、図１０を用いて、ＣＮＲ閾値を予め設定し、ＣＮＲ閾値を超える衛星信号数に基づいて、誤差許容値ｄＴの値を設定する具体例について説明する。
【００８６】
図８及び図９は受信環境に対する衛星信号の受信状態を観測するソフトウェアの画面コピーであり、図８はオープンスカイ受信環境で観測した場合、図９はマルチパス受信環境で観測した場合における、ＧＰＳ信号の受信状況の一例を示している。図８及び図９において、ＣＮＲ閾値を４０ｄＢ−Ｈｚと設定すると、図８ではＣＮＲ閾値を上回る衛星信号数は１１個であり、図９では４個であった。
【００８７】
受信衛星信号のＣＮＲに基づき許容誤差値ｄＴを設定する一例について図１０を参照して説明する。本実施の形態の具体例では、ＣＮＲ閾値を上回る衛星信号数が大きいほど許容誤差値ｄＴが大きくなるよう関数を設定する。図１０はＣＮＲ閾値を上回る衛星信号数に対して設定する許容誤差値ｄＴを求める関数を示す図である。図１０の例では、ＣＮＲ閾値を上回る衛星信号数が４以下の場合には許容誤差値ｄＴを０ｎｓに設定し、ＣＮＲ閾値を上回る衛星信号数が１０以上の場合には許容誤差値ｄＴを２０ｎｓに設定し、ＣＮＲ閾値を上回る衛星信号数が４から１０までの区間は許容誤差値ｄＴが０ｎｓから２０ｎｓに線形に増加するよう設定している。なお、図８〜図１０による設定例は、これに限定されるものではなく、ＣＮＲ閾値や、受信衛星信号のＣＮＲに基づく許容誤差値ｄＴの値や、図１０の関数におけるＣＮＲ閾値を上回る信号数についての定数（４及び１０）や、ＣＮＲ閾値を上回る衛星信号数に対して設定する許容誤差値ｄＴを求める関数については、実験等に基づいて適切な値や適切な関数式を予め設定することができる。なお、受信環境を推定するために用いる指標、すなわち可視衛星数を推定するために用いる指標としては、ＳＮＲの指標の一つであるＣＮＲのほか、ＳＮＲそのものや受信強度など衛星信号の受信状態を表す他の指標を用いることができる。
【００８８】
上記の手順を実施する上で各機能部の役割は以下のようになる。
【００８９】
航法衛星信号受信部２は、制御部４からの指示に基づき、受信した航法衛星信号のうち指定された航法衛星信号を使用して測位、時刻同期を行い、結果として得られる時刻情報および航法衛星信号の情報を時刻情報生成部３および制御部４へ出力する。時刻情報生成部３は、航法衛星信号受信部２から出力された時刻情報および航法衛星信号の情報、制御部４から入力されたパラメータ値に基づき、時刻情報を生成、出力する。制御部４は、航法衛星信号受信部２から出力された、受信した航法衛星信号の情報、設定部５に入力されたパラメータの設定情報に基づき、航法衛星信号の組み合わせのテーブルを作成し、航法衛星信号受信部２に対し、測位、時刻同期を指示する。各航法衛星信号の組み合わせに対し航法衛星信号受信部２から得られる時刻情報の比較、航法衛星の抽出を行い、最終的に航法衛星信号受信部２に対し、航法衛星を指定して時刻情報生成部３へ出力する時刻情報を得るための測位、時刻同期を指示する。この抽出処理では、航法衛星信号受信部２で受信した航法衛星信号の受信強度又はＳＮＲと、設定部５に入力された閾値などの設定情報とにより算出された許容誤差値ｄＴが用いられる。また、制御部４は、設定部５に入力されたパラメータの設定情報を航法衛星信号受信部２および時刻情報生成部３へ出力する。
【００９０】
本発明では航法衛星信号アンテナの受信特性、航法衛星受信回路の性能に依存することなく、マルチパス信号の影響を効果的に排除することが可能となり、時刻同期精度を改善する効果が期待できる。
【００９１】
また、パラメータ値を適切に設定することにより、不可視衛星信号の時刻精度に及ぼす影響を効果的に低減し時刻同期精度を向上することができる。本実施の形態に係る時刻同期装置について、マルチパス受信環境における性能評価を行った。図１１は周囲を建造物で囲まれたマルチパス受信環境を説明する図、図１２は同環境における時刻同期精度の評価結果を示す図、図１３は同環境における２次元測位精度の評価結果を示す図である。なお、図１３における測位結果は、上述の手順（Ａ）のステップ（カ）又は手順（Ｂ）のステップ（オ）における測位により得られたものである。図１２及び図１３に示すように、本願発明の特徴点である統計的衛星選択を有効にすることによりタイムエラーや２次元測位精度が大幅に改善することが確認された。図１４はＧＰＳアンテナを窓際に設置したマルチパス受信環境を説明する図、図１５は同環境における時刻同期精度の評価結果を示す図、図１６は同環境における２次元測位精度の評価結果を示す図である。なお、図１６における測位結果は、上述の手順（Ａ）のステップ（カ）又は手順（Ｂ）のステップ（オ）における測位により得られたものである。このような開空間の半分以上が塞がれる場合においても、図１５及び図１６に示すように、本願発明の特徴点である統計的衛星選択を有効にすることによりタイムエラーや２次元測位精度が大幅に改善することが確認された。
【００９２】
本発明では衛星信号の組み合わせによる時刻により、時刻同期に使用する衛星信号の選択を行うため、航法衛星信号アンテナにおいて円偏波アイソレーションや鉛直方向のアイソレーションを実装する必要がないため、航法衛星信号アンテナのコストを低減することが可能となる。
【００９３】
このように、本発明によれば、必要な数の可視衛星信号を一時的に捕捉できない、受信環境が良好ではない環境においても、航法衛星信号に同期した高精度な時刻情報を生成することが可能となる。
【００９４】
以上、本発明の一実施の形態について詳述したが本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施の形態に係る時刻同期装置は、受信位置の位置情報が予め既知の場合に使用可能な位置固定モードと、受信位置の位置情報が不要な固定位置推定モードの双方を実装した形態としたが、利用形態に応じて何れか一方のみを実装するようにしてもよい。また、まず固定位置推定モードで起動し、導出した位置に基づいてその後は位置固定モードへ移行する動作としてもよい。
【００９５】
また、上記実施の形態では、受信したｎ個の航法衛星信号の全てを処理対象としていたが（上記手順（Ａ）のステップ（ア）、手順（Ｂ）のステップ（ア）、手順（Ｃ）のステップ（ア）参照）、計算処理を軽減するために、仰角マスクやＳＮＲマスクなどのマスキング処理により航法衛星信号を所定数に選別した後に本発明を適用してもよい。
【００９６】
また、上記実施の形態では、航法衛星信号アンテナの位置を固定していたが、航法衛星信号アンテナを移動する形態であっても本発明を適用できる。この場合、固定位置推定モードの出力の更新頻度を必要に応じて向上させる。
【００９７】
また、上記実施の形態では、１つの航法衛星システムを使用していたが、複数の航法衛星システムを組合せて使用する、いわゆるマルチＧＮＳＳの利用形態においても本発明を適用することができる。この場合、可視衛星信号数が向上するため精度の向上が期待される。組み合わせ対象は、全地球航法衛星システムだけでなく地域航法衛星システムも用いることができる。全地球航法衛星システムとしてはＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ等が、地域航法衛星システムとしてはＢｅｉｄｏｕ、ＱＺＳＳ等がある。
【００９８】
また、上記実施の形態では時刻同期装置について説明したが測位装置にも本発明を適用し、測位精度を向上することができる。すなわち、上述の時刻同期装置において時刻情報の生成に用いる航法衛星信号の選択アルゴリズムを、受信位置情報の生成に適用することができる。この場合、測位装置は、上述の時刻同期装置における固定位置推定モードの処理機能（手順（Ａ）又は（Ｂ））を有すればよい。そして、上述の手順（Ａ）のステップ（カ）又は手順（Ｂ）のステップ（オ）における測位の結果得られる受信位置情報を出力すればよい。すなわち、この測位装置は、上述の同期装置の構成のうち、航法衛星信号アンテナ１と、航法衛星信号受信部２と、制御部４と、設定部５とを備え、上述の手順（Ａ）のステップ（カ）又は手順（Ｂ）のステップ（オ）において航法衛星信号受信部２で測位して得られた受信位置情報を出力すればよい。なお、航法衛星信号受信部２が出力する受信位置情報を所定のフォーマットやタイミングで出力するために、受信位置情報出力部をさらに設けてもよい。
【符号の説明】
【００９９】
１…航法衛星信号アンテナ、２…航法衛星信号受信部、３…時刻情報生成部、４…制御部、５…設定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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