(57)【要約】【課題】エフェメリス・データが正常に取得できず、前回受信したエフェメリス・データの有効期限が切れても、従来より精度の高い位置測定を行える衛星時計精度判定装置を提供する。【解決手段】本発明の衛星時計精度判定装置は、GNSSにおける測位装置に設けられ、GNSS衛星から衛星時計補正パラメータが正常に受信できない場合に、測位に用いるGNSS衛星と測位装置との観測距離の算出に用いるGNSS衛星の衛星時計の安定性を判定する装置であり、過去の衛星時計補正パラメータが書き込まれて記憶されている衛星時計補正パラメータ記憶部と、直前の第1衛星時計補正パラメータから、この第1衛星時計パラメータより前の第2衛星時計パラメータのエポック時刻における推定誤差時間を求め、また第2衛星時計補正パラメータを用いて誤差時間を求め、誤差時間と推定誤差時間との差分により、GNSS衛星の衛星時計の安定性を判定する衛星時計精度判定部とを備える。【選択図】図１
2015021899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＮＳＳにおける測位装置に設けられ、ＧＮＳＳ衛星から衛星時計補正パラメータが正常に受信できなかった場合に、測位に用いる前記ＧＮＳＳ衛星と前記測位装置との観測距離を求める際に使用する前記ＧＮＳＳ衛星の衛星時計の安定性を判定する衛星時計精度判定装置であり、
過去の衛星時計補正パラメータが書き込まれて記憶されている衛星時計補正パラメータ記憶部と、
直前の第１衛星時計補正パラメータから、この第１衛星時計パラメータより前の第２衛星時計パラメータのエポック時刻における推定誤差時間を求め、また前記第２衛星時計補正パラメータを用いて誤差時間を求め、当該誤差時間と前記推定誤差時間との差分により、前記ＧＮＳＳ衛星の衛星時計の安定性を判定する衛星時計精度判定部と
を備えることを特徴とする衛星時計精度判定装置。
【請求項２】
衛星時計精度判定部が、前記誤差時間と前記推定誤差時間との差分である差分誤差を求め、当該差分誤差が予め設定されている所定の閾値を超えた場合、前記衛星時計に測位に用いる安定性を有していないとし、当該衛星時計を搭載したＧＮＳＳ衛星を測位の測定に用いないと判定することを特徴とする請求項１に記載の衛星時計精度判定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の衛星時計精度判定装置を備える測位装置であり、
前記衛星時計精度判定装置が測定に用いないと判定したＧＮＳＳ衛星を測位に用いない
ことを特徴とする測位装置。
【請求項４】
ＧＮＳＳにおける測位装置に設けられ、ＧＮＳＳ衛星から衛星時計補正パラメータが正常に受信できなかった場合に、測位に用いる前記ＧＮＳＳ衛星と前記測位装置との観測距離を求める際に使用する前記ＧＮＳＳ衛星の衛星時計の安定性を判定する衛星時計精度判定方法であり、
衛星時計精度判定部が、直前の第１衛星時計補正パラメータから、この第１衛星時計パラメータより前の第２衛星時計パラメータのエポック時刻における推定誤差時間を求め、また前記第２衛星時計補正パラメータを用いて誤差時間を求め、当該誤差時間と前記推定誤差時間との差分により、前記ＧＮＳＳ衛星の衛星時計の安定性を判定する衛星時計精度判定程過程
を有することを特徴とする衛星時計精度判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星時計精度判定装置、その方法及び測位装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：グローバル・ナビゲーション・サテライト・システム）は、地球上空を高速で飛行する人工衛星を利用して、このＧＮＳＳ衛星から送出される電波を、ＧＮＳＳ受信機にて受信することにより、自己の位置（ＧＮＳＳ受信機の位置）を高精度で測位することができる位置検出システムである。このＧＮＳＳ測位に用いられるシステムとしては、ＧＰＳ（Global Positioning System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）及びＧＡＬＩＬＥＯ（ガリレオ、EU（European Union）の全地球航法衛星システム）などがある。
【０００３】
例えば、ＧＰＳシステムの場合、合計３２個のＧＰＳ衛星が、地球上空約２万ｋｍの６つの円軌道上に、５機及び６機ずつ配置され、地球上の如何なる場所においても、常に数個のＧＰＳ衛星からの電波を受信することができ、これら数個のＧＰＳ衛星から同時にＧＰＳ電波を受信することにより、位置検出装置側では自己の正確な位置を確認できるようになっている。
【０００４】
ＧＮＳＳは、上述したＧＰＳ等を含んでおり、全地球的な位置測定、測量などに用いられている。地球上空の軌道を周回するＧＮＳＳ衛星の各々は、アルマナック（Ａｌｍａｎａｃ）データとエフェメリス（Ｅｐｈｅｍｅｒｉｓ）・データの二種類の軌道情報を含む航法メッセージを送信している。ここで、ＧＮＳＳ衛星とは、ＧＰＳ衛星、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星（ＧＬＯＮＡＳＳで用いられる衛星）及びＧＡＬＩＬＥＯ衛星（ＧＡＬＩＬＥＯで用いられる衛星）などを含む、ＧＮＳＳ測位において用いられる衛星である。
【０００５】
カーナビゲーション装置などのＧＮＳＳ受信機（測位装置）は、この航法メッセージを用いてＧＮＳＳ衛星からＧＮＳＳ受信機までの信号到達時間を測定する。そしてＧＮＳＳ受信機は、信号到達時間に光速を掛けることでＧＮＳＳ衛星とＧＮＳＳ受信機間の距離（擬似距離）を求めている。
この作業を４機以上の衛星に対して行うことで、受信機の位置を三次元上で算出している。アルマナック・データは、軌道上における全ての衛星に関する軌道情報であり、少なくとも６日に１回、データが更新される。エフェメリス・データは、各衛星の正確な位置情報であり、２時間毎にデータが更新される。信号を発射した時刻情報は、６秒毎にデータ更新される。この時刻情報は、衛星に搭載されている高精度の原子時計（以下、衛星時計とする）により得られた時刻を示している。また、エフェメリス・データには、上記衛星時計の時間を補正する補正パラメータも含まれている。
【０００６】
ＧＮＳＳ受信機は、受信した各情報を自機の記憶部に、例えば電源を切る前に受信したアルマナック・データとエフェメリス・データを保存している。これらの情報には、各々有効期限がある。エフェメリス・データは、有効期限が受信してから２時間から４時間程度とされている。しかし、エフェメリス・データは、３０秒の長さのデータで構成されており、周囲の建物などの環境によって、電波の受信が阻害されて受信に時間を要する。ＧＮＳＳ受信機の電源がオフ状態で、ＧＮＳＳ衛星からの送信情報をエフェメリス・データの有効時間（例えば４時間）以上で送信毎に受信できていない場合など、ＧＮＳＳ受信機は、再度、送信情報を受信する必要がある。エフェメリス・データの有効期限が切れたことにより再受信している期間、ＧＮＳＳ受信機は、位置測定を行えない。このため、エフェメリス・データの有効期限の大幅な延長が重要な課題となっている。
【０００７】
エフェメリス・データが受信できず、エフェメリス・データの有効期限切れにより再受信している期間、ＧＮＳＳ受信機は、位置測定を行えない。このため、エフェメリス・データの有効期限が切れた場合、ＧＮＳＳ受信機は、衛星位置については、以前受信したエフェメリス・データを用いて、軌道予測を行うことで算出し、衛星時計については、以前受信したエフェメリス・データを用いて、現在のＧＮＳＳ衛星の衛星時計の時間を補正し、ＧＮＳＳ衛星とＧＮＳＳ受信機との距離を求め、ＧＮＳＳ受信機の位置測定を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第７８３９３３０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１などの従来の手法において、衛星時計については、最後に取得した古い補正パラメータ（過去に取得した衛星時計補正パラメータ）を使用しており、現時点の補正パラメータと異なる数値のため、上述したＧＮＳＳ衛星とＧＮＳＳ受信機との距離の計算精度が低下してしまう。
このため、従来の手法においては、有効期限が切れた後に新たなエフェメリス・データが得られない場合、古い補正パラメータを使用することにより、ＧＮＳＳ衛星とＧＮＳＳ受信機との距離が正確に求められず、ＧＮＳＳ受信機の測位の精度が大幅に低下してしまう。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、エフェメリス・データが正常に取得できず、前回受信したエフェメリス・データの有効期限が切れた場合においても、従来に比較してより精度の高い位置測定を行うことができる衛星時計精度判定装置、その方法及び測位装置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】
【００１１】
本発明の衛星時計精度判定装置は、ＧＮＳＳにおける測位装置に設けられ、ＧＮＳＳ衛星から衛星時計補正パラメータが正常に受信できなかった場合に、測位に用いる前記ＧＮＳＳ衛星と前記測位装置との観測距離を求める際に使用する前記ＧＮＳＳ衛星の衛星時計の安定性を判定する衛星時計精度判定装置であり、過去の衛星時計補正パラメータが書き込まれて記憶されている衛星時計補正パラメータ記憶部と、直前の第１衛星時計補正パラメータから、この第１衛星時計パラメータより前の第２衛星時計パラメータのエポック時刻における推定誤差時間を求め、また前記第２衛星時計補正パラメータを用いて誤差時間を求め、当該誤差時間と前記推定誤差時間との差分により、前記ＧＮＳＳ衛星の衛星時計の安定性を判定する衛星時計精度判定部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の衛星時計精度判定装置は、前記誤差時間と前記推定誤差時間との差分である差分誤差を求め、当該差分誤差が予め設定されている所定の閾値を超えた場合、前記衛星時計に測位に用いる安定性を有していないとし、当該衛星時計を搭載したＧＮＳＳ衛星を測位の測定に用いないと判定することを特徴とする。
【００１３】
本発明の測位装置は、上記に記載の衛星時計精度判定装置を備える測位装置であり、前記衛星時計精度判定装置が測定に用いないと判定したＧＮＳＳ衛星を測位に用いないことを特徴とする。
【００１４】
本発明の衛星時計精度判定方法は、ＧＮＳＳにおける測位装置に設けられ、ＧＮＳＳ衛星から衛星時計補正パラメータが正常に受信できなかった場合に、測位に用いる前記ＧＮＳＳ衛星と前記測位装置との観測距離を求める際に使用する前記ＧＮＳＳ衛星の衛星時計の安定性を判定する衛星時計精度判定方法であり、衛星時計精度判定部が、直前の第１衛星時計補正パラメータから、この第１衛星時計パラメータより前の第２衛星時計パラメータのエポック時刻における推定誤差時間を求め、また前記第２衛星時計補正パラメータを用いて誤差時間を求め、当該誤差時間と前記推定誤差時間との差分により、前記ＧＮＳＳ衛星の衛星時計の安定性を判定する衛星時計精度判定程過程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、過去に正常に受信された少なくとも1つ以上の衛星時計補正パラメータを用いて、過去の衛星時計補正パラメータのエポック時刻における推定誤差時間を算出し、推定した衛星時計補正値と予測したエポック時刻の衛星時計補正パラメータを用いた誤差時間との差分により、衛星時計の安定度を推定する。衛星時計が不安定な衛星が存在する際、前記時計の安定度を推定しない場合と比較し、衛星時計が不安定な衛星を排除でき、ＧＮＳＳ衛星の観測距離の精度が悪い衛星を測位の測定に用いずに測位の測定を行うことができる。
これにより、本発明によれば、ＧＮＳＳ衛星の観測距離の精度が悪い衛星を測位の測定に用いないため、従来に比較して、測位装置の測位の結果を高い精度で得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る衛星時計精度判定装置を用いた測位装置によるＧＮＳＳの概略ブロック図である。
【図２】推定誤差δｓ（ｔｓ）’が線形的に変化するのではなく、短期間で非線形に変動する場合を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。
まず、一般的なＧＮＳＳ衛星の軌道予測の概略原理について、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星の例にとり説明する。
地球上空の６つの軌道を２４機以上のＧＰＳ衛星（以下、衛星という）が周回し、各衛星は、航法メッセージを送信している。航法メッセージは、フレームを単位に送信している。１フレームの送信には、３０秒を要する。１フレームは、５組のサブフレームで構成され、サブフレーム１から５が順番に送信される。また、サブフレーム１から３は、各衛星に固有の情報を含み、毎回同じ内容で構成される。サブフレーム４と５は、全衛星が同じ内容の情報で構成され、サブフレーム毎にページ１から２５で構成されている。このため、サブフレーム４と５の全ての情報を送信するには、２５フレームが必要である。このため、ＧＰＳ受信機（測位装置）が航法メッセージの全情報を得るには、１２分３０秒の時間がかかる。サブフレーム１は、各衛星の状態（正常に動作しているか否か）、衛星が送信する衛星のクロック誤差を補正するための係数であるクロック補正係数などにより構成されている。サブフレーム２は、各衛星の軌道情報（エフェメリス（Ephemeris）・データ）１／２で構成されている。
サブフレーム３は、各衛星の軌道情報（エフェメリス・データ）２／２で構成されている。サブフレーム４は、ＧＰＳ受信機が受信する信号が、電離層により遅延する量を補正するための係数である電離層遅延補正係数、大気により遅延する量を補正するための係数である大気遅延補正係数、ＧＰＳ時刻（ＧＮＳＳ時刻）とＵＴＣ（協定世界時間；Universal Time, Coordinated））との関係を表す情報であるＵＴＣ関係情報、全衛星の軌道情報（アルマナック（Almanac）・データ）１／２などで構成されている。サブフレーム５は、全衛星の軌道情報（アルマナック・データ）２／２で構成されている。また、各サブフレームの先頭には、ＧＰＳ時刻を示す情報が含まれている。なお、ＧＰＳ時刻とは、１週間を単位としてＧＰＳ衛星で管理されている時間（衛星時計のカウントしている時間）であり、毎週、日曜日の０時からの経過時間で表される情報である。
【００１８】
また、エフェメリス・データは、衛星の位置を計算するために必要な軌道の６要素（昇交点赤経、軌道傾斜角、近地点引数、軌道長半径、離心率、真近点角）のデータ、各補正値、及び軌道のエポック時刻ｔｏｅ（軌道の元期（ephemeris reference time））などにより構成されている。エフェメリス・データは、２時間毎に更新される。また、エフェメリス・データの有効期間は、受信後の２時間から４時間である。
アルマナック・データは、各衛星の軌道情報である。また、アルマナック・データは、少なくとも６日に１度の頻度で更新されている。また、アルマナック・データの有効期間は、６日である。
【００１９】
ＧＰＳ受信機は、受信したこれらのデータを記憶部に記憶する。記憶されているアルマナック・データ及びエフェメリス・データ共に有効な状態から、ＧＰＳ受信機が測位を開始することをホット・スタートという。また、エフェメリス・データが無効でありアルマナック・データのみ有効な状態から、ＧＰＳ受信機が測位を開始することをウォーム・スタートという。アルマナック・データ及びエフェメリス・データ共に無効な状態から、ＧＰＳ受信機が測位を開始することをコールド・スタートという。
そして、ホット・スタートの場合、ＧＰＳ受信機（測位装置）は、電源投入後に最初の位置情報が出力されるまでの時間は、記憶されているエフェメリス・データを用いて測位できるので数秒程度である。一方、ウォーム・スタートの場合、ＧＰＳ受信機は、エフェメリス・データを再取得する必要があるので、取得に３０秒以上の時間がかかり、さらに取得したエフェメリス・データの検査にも時間がかかる。このため、ウォーム・スタート場合、電源投入後に最初の位置情報が出力されるまでの時間は、３０秒以上である。さらに、コールド・スタートの場合、アルマナック・データが無効なため，現時刻における可視衛星を知ることができず，受信可能である衛星をランダムに探す必要が有る．この衛星を探す時間に加え，エフェメリス・データを受信するための時間を要するため，電源投入後に最初の位置情報が出力されるまでの時間は、ウォーム・スタートよりも長くなる。
【００２０】
軌道予測とは、以前収集されたエフェメリス・データを利用し、未来の衛星位置を予測する技術である。軌道予測装置は、この予測した衛星位置を測位に用いることで、ウォーム・スタート時にエフェメリス・データの受信完了を待たずに測位開始することができるため、ＧＰＳ初期位置算出時間（ＴＴＦＦ）を短縮することができる。ＧＰＳ受信機が衛星からの情報取得後、電源オフ状態の期間が短ければ、以前取得したデータを用いて、衛星の位置を把握できるため、データの再取得までの時間が短くなる。
そして、軌道予測装置は、エフェメリス・データから計算される衛星位置・速度をバックアップ・メモリに保存する。次に、軌道予測装置は、軌道予測計算に必要なデータが揃い次第、軌道予測パラメータを推定し、推定した軌道予測パラメータを使用して軌道を予測する。次に、軌道予測装置は、予測した軌道をバックアップ・メモリへ保存する。そして、軌道予測装置は、エフェメリス・データが無効の時、バックアップ・メモリに保存された予測した軌道を使用して衛星位置を計算する。
【００２１】
衛星の位置は、衛星の初期位置と初期速度が与えられ、衛星にかかる加速度が計算され、積分が行われることで、計算される。衛星にかかる加速度ベクトルａｓａｔは、地球重力定数をＧＭｅ、地球中心から衛星までの位置ベクトルをｒとし、地球重力の地球非球面による加速度ベクトルをａ１、太陽重力による加速度ベクトルをａ２、月重力による加速度ベクトルをａ３、太陽輻射圧による加速度ベクトルをａ４とすると、次式（１）のように表される。なお、太陽輻射圧とは、太陽から飛んでくる光子（Photon）がＧＰＳ衛星の表面に衝突して発生する力である。
【００２２】
【数１】
2015021899.tif 000003
【００２３】
一般的な軌道予測プログラムでは、式（１）の加速度ａｓａｔを数値積分により時間積分することで、ＧＰＳ衛星の位置と速度を算出する。用いる数値積分法は、例えば、ＲＫＦ４５（ルンゲクッタフェールベルグ法；Runge-Kutta-Fehlberg method）及びＣｏｗｅｌｌである。
【００２４】
次に、本実施形態に係る衛星時計精度判定装置を用いた測位装置によるＧＮＳＳの構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る衛星時計補正パラメータ生成装置を用いた測位装置によるＧＮＳＳの概略ブロック図である。
図１に示すように、ＧＮＳＳは、測位装置１、ＧＮＳＳ衛星２から構成されている。測位装置（ＧＮＳＳ受信機）１は、軌道予測装置１０、測位算出部２０、衛星時計精度判定装置３０を備えている。なお、ＧＮＳＳ衛星２は、１機ではなく、ＧＰＳ衛星だけでも２４機以上の衛星から構成される。
軌道予測装置１０は、情報取得部１１０、記憶部１１５、アルマナック取得部１２０、衛星型抽出部１２５、エフェメリス取得部１３０、衛星位置速度算出部１３５、衛星位置・速度記憶部１４０、演算開始判定部１４５、パラメータ推定部１５０、軌道予測演算部１５５、予測結果記憶部１６０を備えている。
【００２５】
情報取得部１１０は、ＧＮＳＳ衛星２が送信する航法メッセージから、ＵＴＣ関係情報、ＧＮＳＳ時刻、電離層遅延補正係数を取得し、取得したＧＮＳＳ時刻、ＵＴＣ関係情報と電離層遅延補正係数を記憶部１１５に記憶させる。
記憶部１１５には、ＧＮＳＳ時刻、ＵＴＣ関係情報と電離層遅延補正係数、大気遅延補正係数が記憶されている。
【００２６】
アルマナック取得部１２０（情報取得部）は、ＧＮＳＳ衛星２が送信したアルマナック・データを取得し、取得したアルマナック・データを衛星型抽出部１２５に出力する。
衛星型抽出部１２５は、アルマナック取得部１２０が出力するアルマナック・データから衛星型番号を抽出し、抽出した衛星型番号を衛星位置・速度記憶部１４０に記憶させる。なお、衛星型番号とは、Ｂｌｏｃｋ  ＩＩＡ，Ｂｌｏｃｋ  ＩＩＲ，Ｂｌｏｃｋ  ＩＩＲ−Ｍ，Ｂｌｏｃｋ  ＩＩＦなどのＧＮＳＳ衛星２の型を示す番号である。
【００２７】
エフェメリス取得部１３０（情報取得部）は、ＧＮＳＳ衛星２が送信するエフェメリス・データを取得し、取得したエフェメリス・データを衛星位置速度算出部１３５に出力する。
衛星位置速度算出部１３５は、エフェメリス取得部１３０が出力したエフェメリス・データから衛星の状態（Ｈｅａｌｔｈ）を抽出する。衛星位置速度算出部１３５は、抽出した衛星の状態が正常であるか否かを判別する。衛星の状態とは、衛星の状態を表すコードで、０以外は何らかの異常が衛星にあることを示している。
このコードが正常を示す０であり、衛星の状態が正常であると判別した場合、衛星位置速度算出部１３５は、取得したエフェメリス・データをエポック時刻ｔｏｅに近い偶数正時（例えば、０時、２時、４時、６時などの２で除算して割り切れる時間）ＴＯＥ２に変換する。衛星位置速度算出部１３５は、衛星位置・速度記憶部１４０に記憶されているＧＮＳＳ衛星２の位置と速度情報（以下、位置速度情報という）の内、算出した時刻ＴＯＥ２の示す日から３日を減算した、時刻ＴＯＥ２より３日以前（時刻ＴＯＥ２の示す日時より３日前）の情報を保存領域から削除する。時刻ＴＯＥ２より３日以前の情報を保存領域から削除する理由は、エフェメリス・データを均等に３日分記憶させるためである。後述するように、このように均等に３日分、記憶させたエフェメリス・データを用いて軌道予測装置１０が軌道予測を行った場合、予測誤差が少なくなるためである。
【００２８】
衛星位置速度算出部１３５は、衛星位置・速度記憶部１４０に時刻ＴＯＥ２の位置速度情報が記憶されているか否かを判別する。衛星位置・速度記憶部１４０に時刻ＴＯＥ２の位置速度情報が記憶されていると判別した場合、後述するように、衛星位置速度算出部１３５は、ＴＯＥ２の位置速度情報を削除後、衛星位置・速度記憶部１４０の保存領域の空きが、２個分の位置速度情報を記憶できる領域になるまで情報を削除する。衛星位置速度算出部１３５は、時刻ＴＯＥ２と時刻ＴＯＥ２＋２時間（時刻ＴＯＥ２に対して２時間加算した結果）の各時刻の各ＧＰＳ衛星２の各位置と各速度を算出し、算出した２つの時刻の位置と速度を位置速度情報として衛星位置・速度記憶部１４０に記憶させる。
衛星位置・速度記憶部１４０に時刻ＴＯＥ２の位置速度情報が記憶されていないと判別した場合、後述するように、衛星位置速度算出部１３５は、衛星位置・速度記憶部１４０の保存領域の空きが、３個分の位置速度情報を記憶できる領域になるまで情報を削除する。衛星位置速度算出部１３５は、時刻ＴＯＥ２、時刻ＴＯＥ−２時間（時刻ＴＯＥ２から２時間減算した結果）、及び時刻ＴＯＥ２＋２時間の各時刻のＧＰＳ衛星２の各位置と各速度を算出し、算出した２つの時刻の位置と速度を位置速度情報として衛星位置・速度記憶部１４０に記憶させる。
【００２９】
衛星位置・速度記憶部１４０には、衛星型番号、各ＧＰＳ衛星２における各時刻の位置速度情報が記憶されている。
演算開始判定部１４５は、衛星位置・速度記憶部１４０から過去の位置速度情報、衛星型番号を読み出し、記憶部１１５からＧＮＳＳ時刻、ＵＴＣ関係情報及び電離層遅延補正係数を読み出す。演算開始判定部１４５は、読み出した情報に基づき、予め設定されている演算開始条件を満たしているか否かを判定する。演算開始条件を満たしていると判別した場合、演算開始判定部１４５は、パラメータ推定部１５０に読み出した情報と判定結果を出力する。
【００３０】
パラメータ推定部１５０は、演算開始判定部１４５が出力する読み出された情報と判定結果を用いて、推定パラメータｓを推定する。パラメータ推定部１５０は、推定した推定パラメータを軌道予測演算部１５５に出力する。なお、推定パラメータｓは、例えば１１個の成分を有するベクトルである。
軌道予測演算部１５５は、パラメータ推定部１５０が出力する推定パラメータｓを使用し、後述するように、例えば将来の３日間までの２時間ごとの時刻ｔe（ｋ）（ｋ＝０，・・・，３６）におけるＧＮＳＳ衛星２＿ｉ（ｉ＝０，・・・，１１０）の衛星位置ｐe（ｉ）（ｉ＝０，・・・，１１０）を軌道計算する。軌道予測演算部１５５は、算出した予測軌道値を予測結果記憶部１６０に記憶させる。
予測結果記憶部１６０には、ＧＮＳＳ衛星２＿ｉの各々の予測軌道値である衛星位置ｐe（ｉ）が記憶されている。
【００３１】
測位算出部２０は、予測結果記憶部１６０に記憶されている予測軌道値である衛星位置をｐe（ｉ）読み出し、読み出した予測軌道値を外挿して衛星位置を算出して測位を行う。すなわち、測位算出部２０は、算出された位置速度情報、及び実測により取得された位置速度情報、ＵＴＣ関係情報、ＧＮＳＳ時刻、衛星時計補正パラメータ、電離層遅延補正係数を用いて、公知の手法で位置測定を行う。ここで、測位算出部２０は、航法メッセージを用いてＧＮＳＳ衛星から測位装置１までの信号到達時間を測定する。測位算出部２０は、信号到達時間に光速を掛けることでＧＮＳＳ衛星と測位装置１間の距離（擬似距離）を求め、複数のＧＮＳＳ衛星から距離に基づいて測位装置１の位置を三次元上で算出している。ここで、測位算出部２０は、以下の（２）式を用いて、ＧＮＳＳ衛星と測位装置１との間の距離を求めている。
ρ（ｔｕ）＝ｒ（ｔｕ，ｔｓ）＋ｃ｛δｕ（ｔｕ）−δｓ（ｔｓ）｝
＋Ｉ（ｔｕ）＋Ｔ（ｔｕ）＋ｅｐ（ｔｕ）              …（２）
ρ（ｔｕ）：時刻ｔｕで求めた観測距離
ｒ（ｔｕ，ｔｓ）：ｔｕでの測位装置１の位置とｔｓでの衛星位置との幾何距離
ｃ：光の速度
δｕ（ｔｕ）：測位装置１の時計の誤差（誤差時間）
δｓ（ｔｓ）：衛星時計の誤差（誤差時間）
Ｉ（ｔｕ）：電離層遅延による誤差距離
Ｔ（ｔｕ）：大気遅延による誤差距離
ｅｐ（ｔｕ）：マルチパス誤差
ｔｕ：測位装置１が航法メッセージを受信した時間
ｔｓ：ＧＮＳＳ衛星２が航法メッセージを送信した時間（ＧＮＳＳ時刻）
ここで、測位算出部２０は、記憶部１１５から電離層遅延補正係数及び大気遅延補正係数を読み出す。測位算出部２０は、電離層遅延による誤差距離Ｉ（ｔｕ）を電離層遅延補正係数により、また大気遅延による誤差距離Ｔ（ｔｕ）を大気遅延補正係数により、それぞれ予め設定された関係式により算出し、（２）式に用いる。
【００３２】
なお、軌道予測装置１０は、航法メッセージを受信し、受信した航法メッセージを復調して、復調した航法メッセージから各データを抽出する。情報取得部１１０とアルマナック取得部１２０及びエフェメリス取得部１３０は、この抽出された各データを取得している。例えば、情報取得部１１０が航法メッセージを復調し、復調した航法メッセージから各データを抽出し、抽出した各情報を衛星型抽出部１２５及び衛星位置速度算出部１３５に出力し、記憶部１１５に書き込むようにしてもよい。また、記憶部１１５、衛星位置・速度記憶部１４０、及び予測結果記憶部１６０に分ける例を説明したが、これらの記憶部をまとめて１つの記憶部に記憶させるようにしてもよい。
【００３３】
軌道予測装置１０が行う処理について説明する。まず、軌道予測装置１０は、航法データの取得を開始する。次に、アルマナック取得部１２０は、ＧＮＳＳ衛星２が送信するアルマナック・データを取得し、取得したアルマナック・データを衛星型抽出部１２５に出力する。次に、衛星型抽出部１２５は、アルマナック取得部１２０が出力するアルマナック・データから衛星型番号を抽出し、抽出した衛星型番号を衛星位置・速度記憶部１４０に記憶させる。次に、情報取得部１１０は、ＧＮＳＳ衛星２が送信する航法メッセージのサブフレーム４のデータから、電離層遅延補正係数、大気遅延補正係数、大気遅延補正係数、ＧＮＳＳ時刻（ｔｓ）、及びＵＴＣ関係情報を取得し、取得した電離層遅延補正係数、ＧＮＳＳ時刻、及びＵＴＣ関係情報を記憶部１１５に記憶させる。
【００３４】
衛星時計精度判定装置３０は、衛星時計補正パラメータ記憶部３１０と衛星時計精度判定部３２０から構成されている。
衛星時計補正パラメータ記憶部３１０には、衛星時計補正パラメータ（バイアス値Ａｆ０及び変化率Ａｆ１）が時系列に、所定の期間の複数のデータが衛星時計補正パラメータのエポック時刻とともに書き込まれて記憶されている。例えば、本実施形態の場合、現在から３つ前までの衛星時計補正パラメータが記憶されている。ここで、衛星時計補正パラメータにおけるバイアス値Ａｆ０は、エポック時刻における衛星時計の誤差である。変化率Ａｆ１は、単位時間あたりの衛星時計の誤差の変化率である。
【００３５】
また、上述したエフェメリス取得部１３０は、エフェメリス・データを受信した際、衛星時計補正パラメータ記憶部３１０に記憶されている衛星時計補正パラメータの最も古い時刻のもの消去し、新たに受信したエフェメリス・データにおける衛星時計補正パラメータを、衛星時計補正パラメータ記憶部３１０に書き込んで記憶させる。すなわち、エフェメリス取得部１３０は、過去のエフェメリス・データにおける衛星時計補正パラメータ（バイアス値Ａｆ０及び変化率Ａｆ１）を時系列に所定の範囲で衛星時計補正パラメータ記憶部３１０に対して書き込んで記憶させる。
【００３６】
また、測位算出部２０は、エフェメリス・データが受信された場合、（２）式で用いる衛星時計の誤差（誤差時間）δｓ（ｔｓ）を以下の（３）式から求める。
δｓ（ｔｓ）＝Ａｆ０（ｔｓ）＋Ａｆ１（ｔｓ）・（ｔｓ−ｔ０）            …（３）
この（３）式において、ｔ０は、衛星時計補正パラメータの元期であり、航法メッセージに含まれている。
しかしながら、測位算出部２０は、エフェメリス・データが受信されずに、有効期限が切れた場合、最後に受信されたエフェメリス・データの衛星時計補正パラメータを、衛星時計補正パラメータ記憶部３１０から読み出して用い、以下の（４）式により、推定誤差δｓ（ｔｓ）’を算出する。
δｓ（ｔｓ）’＝Ａｆ０（ｔｓ−１）＋Ａｆ１（ｔｓ−１）・（ｔｓ−ｔ０）      …（４）
【００３７】
ここで、変化率Ａｆ１は、衛星時計が不安定なＧＮＳＳ衛星の場合、短期間で変化する。このため、最後に得られた衛星時計補正パラメータを用いた場合、推定誤差δｓ（ｔｓ）’が、実際の誤差δｓ（ｔｓ）に対して大きく異なる数値となる。
図２は、推定誤差δｓ（ｔｓ）’が線形的に変化するのではなく、短期間で非線形に変動する場合を示す図である。この図２において、縦軸が誤差δｓを示し、横軸が時間を示している。線分Ｌ１は、線形的に変化率Ａｆ１が変化する安定した衛星時計の誤差δｓの線形的な変化を示している。線分Ｌ２は、短期間に変化率Ａｆ１が変化する不安定な衛星時計の誤差δｓの線形的な変化を示している。
時刻ｔｓにおいて、測位を行う迄にエフェメリス・データが受信できず、有効期限が切れた場合、最後に受信されたエフェメリス・データの衛星時計補正パラメータを用いて、推定誤差δｓ（ｔｓ）’を、すでに述べたように、（４）式により算出する。
【００３８】
しかしながら、図２における線分Ｌ１および線分Ｌ２を見て分かるように、線分Ｌ１の場合は、誤差δｓ（ｔｓ）が時間に対して線形的に変化、すなわち誤差δｓ（ｔｓ）の変化率Ａｆ１が線形的である。このため、時刻ｔｓの誤差を推定誤差δｓ（ｔｓ）’として得るために、最後に受信されたエフェメリス・データの衛星時計補正パラメータ｛Ａｆ０（ｔｓ−１），Ａｆ１（ｔｓ−１）｝を用いても、高い精度で推定できることが分かる。
一方、線分Ｌ２の場合は、誤差δｓ（ｔｓ）が時間に対して非線形的に変化、すなわち誤差δｓ（ｔｓ）の変化率Ａｆ１が短期間で変化する。このため、時刻ｔｓの誤差を推定誤差δｓ（ｔｓ）’として得るために、最後に受信されたエフェメリス・データの衛星時計補正パラメータ｛Ａｆ０（ｔｓ−１），Ａｆ１（ｔｓ−１）｝を用いても、悪い精度でしか推定できないことが分かる。
【００３９】
各ＧＮＳＳ衛星を測位に用いる際、測位を高い精度で行うためには、エフェリメス・データの寿命が切れたＧＮＳＳ衛星の衛星時計の安定性を確認する必要がある。すなわち、エフェメリス・データの寿命が切れたＧＮＳＳ衛星における誤差δｓ（ｔｓ）の変化が、線分Ｌ１のように線形的か、あるいは線分Ｌ２のように短期間で変化する非線形的なものであるかを確認する必要がある。
このため、本実施形態において、衛星時計精度判定部３２０は、エポック時刻ｔｓ−１における衛星時計補正パラメータ｛Ａｆ０（ｔｓ−１），Ａｆ１（ｔｓ−１）｝を用い、エポック時刻ｔｓ−１より以前のエポック時刻ｔｓ−２における誤差δｓ（ｔｓ−２）を、以下の（５）式により求めることで推定する。
δｓ（ｔｓ−２）’＝Ａｆ０（ｔｓ−１）−Ａｆ１ （ｔｓ−１）・（ｔｓ−１−ｔ０）  …（５）
【００４０】
すなわち、衛星時計精度判定部３２０は、最後に得られた衛星時計補正パラメータ（１回前の衛星時計パラメータ）であるバイアス値Ａｆ０（ｔｓ−１）および変化率Ａｆ１ （ｔｓ−１）を、衛星時計補正パラメータ記憶部３１０から読み出す。
そして、衛星時計精度判定部３２０は、上記（５）式により、最後に得られた衛星時計パラメータを用いて、２回前の衛星時計の誤差δｓ（ｔｓ−２）の推定値である推定誤差δｓ（ｔｓ−２）’の推定を行う。
また、衛星時計精度判定部３２０は、２回前の衛星時計補正パラメータを用いて、（２）式により、２回前の衛星時計の誤差δｓ（ｔｓ−２）を算出する。
【００４１】
衛星時計精度判定部３２０は、２回前の衛星時計補正パラメータを用いて算出した誤差δｓ（ｔｓ−２）から、１回前の衛星時計パラメータを用いて算出した推定誤差δｓ（ｔｓ−２）’を減算して、誤差差分を求める。
衛星時計精度判定部３２０は、算出した誤差差分の絶対値と、自身内部の記憶部に予め書き込まれて記憶されている閾値との比較を行い、誤差差分の絶対値が閾値を超えているか否かの判定を行う。このとき、衛星時計精度判定部３２０は、誤差差分の絶対値が閾値以下の場合、このＧＮＳＳ衛星を使用可と判定し、一方、誤差差分の絶対値が閾値を超えている場合、このＧＮＳＳ衛星を使用不可と判定する。
そして、衛星時計精度判定部３２０は、このエフェメリス・データの有効期限が切れたＧＮＳＳ衛星の使用の可否を測位算出部２０に対して出力する。
【００４２】
すなわち、誤差δｓ（ｔｓ−２）と推定誤差δｓ（ｔｓ−２）’との誤差差分は、小さい値となった場合、誤差δｓ（ｔ）が線形的に変化しており、衛星時計が安定していることが予想される。これにより、エフェメリス・データの衛星時計補正パラメータ｛Ａｆ０（ｔｓ−１），Ａｆ１（ｔｓ−１）｝を用いて算出する推定誤差δｓ（ｔｓ）’も、衛星時計が安定しているため、所定の精度を有していることが推定できる。
したがって、上述したように、誤差差分の絶対値が閾値以下の場合、エフェメリス・データの寿命が切れているＧＮＳＳ衛星２であっても、測位に使用可能な精度で、（２）式により測位装置１とＧＮＳＳ衛星２との距離を求めることができる。
【００４３】
上述したように本実施形態によれば、最後（１回前）に正常に受信された衛星時計補正パラメータのバイアス値Ａｆ０及び変化率Ａｆ１により、２回前の推定誤差δｓ（ｔｓ−２）’を求め、２回前に実際に受信したバイアス値Ａｆ０及び変化率Ａｆ１により算出した誤差δｓ（ｔｓ−２）との差分の絶対値である差分誤差を求め、この差分誤差が閾値未満であるか否かにより、ＧＮＳＳ衛星のエフェメリス・データの寿命が切れた際、そのＧＮＳＳ衛星の衛星時計の安定性の判定が容易に行えるため、衛星時計が不安定なＧＮＳＳ衛星を排除し、衛星時計が安定したＧＮＳＳ衛星のみを用いて、観測距離ρ（ｔｕ）をより高い精度で求めることが可能となる。
また、本実施形態によれば、ＧＮＳＳ衛星２の観測距離ρ（ｔｕ）を、従来に比較してより高い精度で求められるため、従来に比較して、測位装置１の測位の結果も高い精度で得ることが可能となる。
【００４４】
また、本実施形態においては、１回前に取得した衛星時計補正パラメータを用いて、２回前に衛星時計補正パラメータを取得した時点の推定誤差δｓ（ｔｓ−２）’を求めて、２回前に取得した衛星時計補正パラメータから求めた誤差δｓ（ｔｓ−２）との差分誤差を求めているが、２回前に取得した衛星時計補正パラメータを用いて、３回前に衛星時計補正パラメータを取得した時点の推定誤差δｓ（ｔｓ−３）’を求めて、３回前に取得した衛星時計補正パラメータから求めた誤差δｓ（ｔｓ−３）との差分誤差を求めるように構成しても良い。
さらに、１回前に取得した衛星時計補正パラメータを用いて、２回前に衛星時計補正パラメータを取得した時点の推定誤差δｓ（ｔｓ−２）’を求めるだけではなく、３回前、４回前の複数回の推定誤差δｓも求め、この複数回のすべて、あるいは任意の数の差分誤差が閾値以下の場合に、所定の精度が得られる安定性を衛星時計が有しているか否かの判定を行うように構成しても良い。
【００４５】
また、図１における測位装置１の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、エフェメリス・データが得られない際における衛星時計の安定性を判定し、測位装置１の位置を測位する測位処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【００４６】
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【００４７】
以上、この発明の実施形態を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、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【００４８】
１…測位装置  ２…ＧＮＳＳ衛星  １０…軌道予測装置  ２０…測位算出部  ３０…衛星時計精度判定装置  １１０…情報取得部  １１５…記憶部  １２０…アルマナック取得部  １２５…衛星型抽出部  １３０…エフェメリス取得部  １３５…衛星位置速度算出部  １４０…衛星位置・速度記憶部  １４５…演算開始判定部  １５０…パラメータ推定部  １５５…軌道予測演算部  １６０…予測結果記憶部  ３１０…衛星時計補正パラメータ記憶部  ３２０…衛星時計精度判定部
【図１】
2015021899.tif 000004
【図２】
2015021899.tif 000005