(57)【要約】【課題】  マルチパス等が発生した衛星を正確に検出することができる全地球測位システムを提供する。【解決手段】受信した全てのＧＰＳ衛星をもとにマスタ測位演算処理で受信機位置を算出し、各ＧＰＳ衛星から順次１つずつ除いた３つのＧＰＳ衛星についてサブ測位演算処理で受信機位置を算出し、全てのＧＰＳ衛星に基づく疑似距離及び近似距離に基づいて帰納的残差ＡＰＲを算出し、且つサブ測位演算処理の演算結果の最大差を演算し、帰納的残差ＡＰＲ及び最大差をもとにマルチパスの発生の有無を判断する。マルチパスが発生しているときには、サブ測位演算処理で演算した各受信機位置を順次真値と仮定しながら各ＧＰＳ衛星に対して少なくとも２つの重み付け演算を行い、その演算結果をもとに位置誤差を演算し、真値として仮定した受信機位置の演算で排除したＧＰＳ衛星のみの重みに対して位置誤差が重みの増加に比例して増加するときにマルチパス発生衛星とする。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星からの電波を受信するアンテナ部と、複数Ｎ個の衛星からの受信信号を復調する検波部と、該検波部で復調した信号から衛星航法メッセージを集めて解析するデータ解析部と、衛星から信号が送信された送信時刻を演算する送信時刻換算部と、衛星での前記送信時刻と受信機での受信時刻との差から電波の伝搬距離を表す疑似距離を演算する疑似距離演算部と、該疑似距離演算部で演算した疑似距離と衛星座標位置とに基づいて受信機位置を演算する測位演算部とを備えた全地球測位システムにおいて、
前記測位演算部は、受信信号を受信した全ての衛星の疑似距離と衛星位置とに基づいて受信機位置を演算するマスタ測位演算手段と、全ての衛星のうち順次１つを除いた残りの衛星の疑似距離と衛星位置とに基づいて複数Ｎ個の受信機位置を演算するサブ測位演算手段と、前記衛星座標位置から受信機概略座標位置までの座標空間距離を表す近似距離を演算する近似距離演算部と、前記マスタ測位演算手段で算出した受信機位置と衛星位置に基づいて、前記近似距離演算部で演算した衛星毎の近似距離と前記疑似距離との偏差の二乗値を加算した帰納的残差を演算する帰納的残差演算手段と、前記サブ測位演算手段で演算した受信機位置の最大差を演算する最大差演算手段と、前記帰納的残差及び最大差に基づいてマルチパス発生の有無を判定するマルチパス判定手段と、該マルチパス判定手段の判定結果がマルチパスの発生がないときには前記マスタ測位演算手段で演算した受信機位置を選択する正常時選択手段と、前記マルチパス判定手段の判定結果がマルチパスの発生があるときには、衛星毎に重み付け演算を行って、その演算結果からマルチパスが発生した衛星を特定し、当該マルチバスが発生した衛星を除いたサブ測位演算手段で演算した受信機位置を選択するマルチパス発生状態選択手段とを備えていることを特徴とする全地球測位システム。
【請求項２】
前記マルチパス判定手段は、前記帰納的残差が帰納的残差閾値未満であり、且つ最大偏差が最大偏差閾値未満となるマルチパス非発生条件を満足するときにマルチパス非発生状態であると判定し、当該マルチパス非発生条件を満足しないときにマルチパス発生状態であると判定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の全地球測位システム。
【請求項３】
前記マルチパス発生状態選択手段は、サブ測位演算手段で演算した複数N個の受信機位置を順次真値として、衛星毎に少なくとも異なる２つの重み付けを行った測位値、及び前記マスタ測位演算手段で演算した測位値の３つの測位値のそれぞれについて、位置誤差を算出する位置誤差算出手段と、該位置誤差算出手段で算出した位置誤差のうち、真値に設定された受信機位置の演算から除かれた衛星のみに対して、重みの増加に比例して位置誤差が増加するときに当該衛星をマルチパスが発生した衛星として特定するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の全地球測位システム。
【請求項４】
前記マルチパス発生状態選択手段は、前記位置誤差算出手段で算出した位置誤差のうち真値に設定された受信機位置の演算から除かれた衛星に対して、位置誤差が衛星の重みの増加に比例して増加する組が複数存在する場合に、重みの増加に対する位置誤差の増加率が最大となる衛星をマルチパスが発生した衛星として特定するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の全地球測位システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地球を周回する複数のＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの受信電波に基づいて受信機位置を測定する全地球測位システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の全地球測位システムとしては、例えば前回測位結果から求めた受信機の予測位置座標と衛星からの軌道情報を用いて算出した衛星位置座標とを用いて、予測位置から衛星までの距離（近似距離）を計算する近似距離計算部と、衛星の送信時刻と受信機の受信時刻との時刻差分を用いて衛星から受信機までの伝搬距離（疑似距離）を計算する疑似距離計算部とを設け、疑似距離と近似距離とを比較した差分が予め定めた誤差許容範囲を超えた場合、マルチパス等により誤差が発生していると判定し、当該衛星の疑似距離及び近似距離を測位算出に使用しないことにより、マルチパス等の誤差衛星による影響を除去するようにした航法衛星信号受信機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、この特許文献１に記載された従来例では、マルチパスを判断するための閾値を適格に設定することが困難であり、特に予測位置が正しくない場合には近似距離と疑似距離との差分からマルチパスの発生が判断しにくくなるという問題点を有する。
この問題点を解決するために、マルチパスの発生した衛星の検出/分離（Detection/Isolation）手順として、下記に示す手順が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
【０００４】
（１）受信した全ての衛星を利用して、疑似距離残差ｒを計算する（All-in-view  Solution）。
（２）疑似距離残差ｒは閾値RDより小さければ、全ての受信衛星が正常とし、正常（Integrity）チェック成功とする一方、疑似距離残差ｒが閾値RDより大きければ正常チェックが失敗と判断する。
【０００５】
（３）正常チェックの失敗を検出したら、ｎ−１個の衛星からなるｎ個のサブセットに対して、それぞれの疑似距離残差ｒ１、ｒ２……ｒｎを計算する（Sub-set-solution）。
（４）疑似距離残差ｒｉは閾値RIより小さくて且つ他の疑似距離残差ｒは閾値RIより大きければ、ｉ番衛星は失敗衛星とする。
もし、２個以上の疑似距離残差ｒｉが閾値RIより小さければ、失敗衛星を検出できない。
【０００６】
（５）失敗衛星を分離できたら、失敗衛星を排除したSub-set-solutionを測位に利用する。一方、正常チェックの失敗を検出しても、失敗衛星を特定できないと、All-in-view    Solutionを測位に利用する。ただし位置精度は低下する。
【特許文献１】特開２００３−５７３２７号公報（第１頁、図１）
【非特許文献１】「GLOBAL POSITIONING SYSTEM, VOLUME V」The Institute of Navigation,Washington,D.C.,Journal of The Institute of Navigation Vol.35,No.2,Summer 1988 (第４９頁〜第６５頁、特に第５４頁参照)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記非特許文献１に記載された従来例にあっては、正常チェックが失敗したと判断されたときに、ｎ個の衛星から順次１ずつ衛星を除去し、ｎ−１個の衛星からなるｎ個のサブセットに対して疑似距離残差ｒ１、ｒ２……ｒｎを計算し、ある疑似距離残差ｒｉが閾値RIより小さく且つ他の疑似距離残差ｒが閾値RIより大きい場合にｉ番目衛星はマルチパス等が発生した失敗衛星として特定することができるものであるが、２個以上の疑似距離残差ｒｉが閾値RIより小さい場合には失敗衛星を検出することができず、マルチパス等が発生した失敗衛星を検出する精度が低いという未解決の課題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、マルチパス等が発生した衛星を正確に検出することができる全地球測位システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の技術手段は、衛星からの電波を受信するアンテナ部と、複数の衛星からの受信信号を復調する検波部と、該検波部で復調した信号から衛星航法メッセージを集めて解析するデータ解析部と、衛星から信号が送信された送信時刻を演算する送信時刻換算部と、衛星での前記送信時刻と受信機での受信時刻との差から電波の伝搬距離を表す疑似距離を演算する疑似距離演算部と、該疑似距離演算部で演算した疑似距離と衛星座標位置とに基づいて受信機位置を演算する測位演算部とを備えた全地球測位システムにおいて、前記測位演算部は、受信信号を受信した全ての衛星の疑似距離と衛星位置とに基づいて受信機位置を演算するマスタ測位演算手段と、全ての衛星のうち順次１つを除いた残りの衛星の疑似距離と衛星位置とに基づいて複数Ｎ個の受信機位置を演算するサブ測位演算手段と、前記衛星座標位置から受信機概略座標位置までの座標空間距離を表す近似距離を演算する近似距離演算部と、前記マスタ測位演算手段で算出した受信機位置と衛星座標に基づいて、前記近似距離演算部で演算した衛星毎の近似距離と前記疑似距離との偏差の二乗値を加算した帰納的残差を演算する帰納的残差演算手段と、前記サブ測位演算手段で演算した複数の受信機位置の最大差を演算する最大差演算手段と、前記帰納的残差及び最大差に基づいてマルチパス発生の有無を判定するマルチパス判定手段と、該マルチパス判定手段の判定結果がマルチパスの発生がないときには前記マスタ測位演算手段で演算した受信機位置を選択する正常時選択手段と、前記マルチパス判定手段の判定結果がマルチパスの発生があるときには、衛星毎に重み付け演算を行って、その演算結果からマルチパスが発生した衛星を特定し、当該マルチバスが発生した衛星を除いたサブ測位演算手段で演算した受信機位置を選択するマルチパス発生状態選択手段とを備えていること特徴としている。
【００１０】
この第１の技術手段では、マスタ測位演算手段で、受信信号を受信した全ての衛星の疑似距離と衛星位置とに基づいて受信機位置を演算すると共に、サブ測位演算手段で全ての衛星から順次１つを除いた残りの衛星の疑似距離と衛星位置とに基づいて受信機位置を演算し、さらにマルチパス判定手段で、衛星毎の疑似距離と近似距離の偏差の二乗値を加算した帰納的残差と、サブ測位演算手段で演算した受信機位置の最大差とに基づいてマルチパス発生の有無を判定し、マルチパスが発生していないときにはマスタ測位演算手段で演算した受信機位置を真値として選択し、マルチパスが発生しているときには、衛星毎に重み付け演算を行って、その演算結果からマルチパスが発生した衛星を特定し、当該マルチパスが発生した衛星を除いたサブ測位演算手段で演算した受信機位置を測位結果として選択する。
【００１１】
このため、サブ測位演算手段の演算結果のみからマルチパスが発生した衛星を特定できない場合でも、重み付け演算を行ってその演算結果からマルチパスが発生した衛星を特定することにより、マルチパスが発生した衛星を正確に特定して、受信機位置を正確に測定することができる。
また、第２の技術手段は、前記第１の技術手段において、前記マルチパス判定手段は、前記帰納的残差が帰納的残差閾値未満であり、且つ最大偏差が最大偏差閾値未満となるマルチパス非発生条件を満足するときにマルチパス非発生状態と判定し、当該マルチパス非発生条件を満足しないときにマルチパス発生状態であると判定するように構成されていることを特徴としている。
【００１２】
この第２の技術手段では、マルチパス判定手段で、衛星毎の疑似距離及び近似距離の偏差を二乗した二乗値の加算値でなる帰納的残差ＡＰＲが帰納的残差閾値ＴＨ１未満であり、且つサブ測位演算手段で演算した受信機位置の最大偏差ＭＳが最大偏差閾値ＴＨ２未満となるマルチパス非発生条件を満足するか否かを判定し、ＡＰＲ＜ＴＨ１且つＭＳ＜ＴＨ２であるときにはマルチパス非発生状態であると判断し、ＡＰＲ≧ＴＨ１及び／又はＭＳ≧ＴＨ２となるときにはマルチパス発生状態であると判断するので、マルチパス発生の有無を正確に判定することができる。
【００１３】
さらに、第３の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、前記マルチパス発生状態選択手段は、サブ測位演算手段で演算した複数N個の受信機位置を順次真値として、衛星毎に少なくとも異なる２つの重み付けを行った測位値、及び前記マスタ測位演算手段で算出した測位値の少なくとも３つの値のそれぞれについて位置誤差を算出する位置誤差算出手段と、該位置誤差算出手段で算出した位置誤差のうち、真値に設定された受信機位置の演算から除かれた衛星に対して、重みの増加に比例して位置誤差が増加するときに当該衛星をマルチパスが発生した衛星として特定するように構成されていることを特徴としている。
【００１４】
この第３の技術手段では、複数N個の受信機位置を順次真値として、衛星毎に少なくとも異なる２つの重み付けを行った測位値、及び前記マスタ測位演算手段で算出した測位値の３つの値のそれぞれについて位置誤差を演算し、演算した位置誤差のうち、真値に設定された受信機位置の演算から除いた衛星のみに対して、重みの増加に比例して位置誤差が増加するときに、その衛星をマルチパスが発生した衛星として特定することにより、マルチパスが発生した衛星を正確に検出することができる。
【００１５】
さらにまた、第４の技術手段は、前記マルチパス発生状態選択手段は、前記位置誤差算出手段で算出した位置誤差のうち真値に設定された受信機位置の演算から除かれた衛星に対して、位置誤差が重みの増加に比例して増加する組が複数存在する場合に、重みの増加に対する位置誤差の増加率が最大となる衛星をマルチパスが発生した衛星として特定するように構成されていることを特徴としている。
【００１６】
この第４の技術手段では、位置誤差算出手段で算出した位置誤差のうちに設定された受信機位置の演算で除かれた衛星に対して、重みの増加に比例して位置誤差が増加する組が複数存在する場合に、重みの増加に対する位置誤差の増加率が最大の衛星をマルチパスが発生した衛星として特定することにより、マルチパスが発生した衛星を正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示すブロック図であり、図中、１は全地球測位システムであって、地球の大気圏外を周回する少なくとも４つのＧＰＳ（Global Positioning System）衛星ＳＶ１４，ＳＶ２０〜ＳＶ２２から送信された電波をＧＰＳ受信機２で受信して受信機位置を求めるように構成されている。
【００１８】
ＧＰＳ衛星ＳＶ１４，ＳＶ２０〜ＳＶ２２は、受信者向けにＬバンドの周波数帯の１５７５．４２ＭＨｚと電離層の伝搬遅延の補正用として１２２７．６ＭＨｚの２周波の信号を、直接拡散方式を用いたスペクトラム拡散通信方式で送信する。
ＧＰＳ受信機２は、ＧＰＳ衛星ＳＶ１４，ＳＶ２０〜ＳＶ２２からの電波を受信するアンテナ３と、このアンテナ３で受信したＲＦ信号を増幅する低雑音増幅器４と、この低雑音増幅器４で増幅されたＲＦ信号をＩＦ信号にダウンコンバートする周波数変換部５と、この周波数変換部５で変換されたＩＦ信号が入力されるＧＰＳ復調・演算部６とで構成されている。
【００１９】
ＧＰＳ復調・演算部６は、周波数変換部５から出力される各ＧＰＳ衛星ＳＶ１４，ＳＶ２０〜ＳＶ２２から受信したＩＦ信号を復調して時刻情報、軌道情報等を含むディジタルデータを生成し、このディジタルデータを用いて演算処理を行い、受信機位置を表す測位データを演算する。
このＧＰＳ復調・演算部６では、測位演算処理を実行する。ここで、予め衛星番号と変数ｉとの関係を図２に示すように、衛星ＳＶ２１の変数を“１”、衛星ＳＶ１４の変数を“２”、衛星ＳＶ２０  の変数を“３”及び衛星ＳＶ２２の変数を“４”となるように設定しておく。
【００２０】
そして、測位演算処理は、図３に示すように、先ず、ステップＳ１で、各ＧＰＳ衛星ＳＶ１４，ＳＶ２０，ＳＶ２１，ＳＶ２２が電波を送信した送信時刻とＧＰＳ受信機２が電波を受信した受信時刻との差分ｔi と光速ｃとから電波の伝搬距離に相当する疑似距離ｙｍｉ（ｉ＝１，２，……４）＝ｃ×ｔi を算出する。
次いで、ステップＳ２に移行して、復調したディジタルデータに含まれる衛星送信時刻と軌道情報とを用いて衛星位置（Ｘｉ  ,Ｙi ，Ｚi ）を算出する。
【００２１】
次いで、ステップＳ３に移行して、受信機位置を(ｘ,ｙ,ｚ)とし、ＧＰＳ衛星の基準時刻と受信機時刻とのずれをΔｔとしたとき、これら４つの未知数を、疑似距離ｙｍi と衛星位置（Ｘｉ  ,Ｙi ，Ｚi ）とに基づく下記（１）〜（４）式を解いて演算するマスタ測位演算を行う。
ｙｍ1 ＝｛（Ｘ1 −ｘ）2 ＋（Ｙ1 −ｙ）2 ＋（Ｚ1 −ｚ）2  ｝1/2 ＋ｃΔｔ …（１）
ｙｍ2 ＝｛（Ｘ2 −ｘ）2 ＋（Ｙ2 −ｙ）2 ＋（Ｚ2 −ｚ）2  ｝1/2 ＋ｃΔｔ …（２）
ｙｍ3 ＝｛（Ｘ3 −ｘ）2 ＋（Ｙ3 −ｙ）2 ＋（Ｚ3 −ｚ）2  ｝1/2 ＋ｃΔｔ …（３）
ｙｍ4 ＝｛（Ｘ4 −ｘ）2 ＋（Ｙ4 −ｙ）2 ＋（Ｚ4 −ｚ）2  ｝1/2 ＋ｃΔｔ …（４）
次いで、ステップＳ４に移行して、算出した受信機位置（ｘ，ｙ，ｚ）と衛星位置（Ｘｉ  ,Ｙi ，Ｚi ）とから第１番目〜第４番目の衛星との近似距離ｙｐ1 〜ｙｐ4 を下記（５）〜(８)式に基づいて算出する。
【００２２】
ｙｐ1 ＝｛（Ｘ1 −ｘ）2 ＋（Ｙ1 −ｙ）2 ＋（Ｚ1 −ｚ）2  ｝1/2      ………（５）
ｙｐ2 ＝｛（Ｘ2 −ｘ）2 ＋（Ｙ2 −ｙ）2 ＋（Ｚ2 −ｚ）2  ｝1/2      ………（６）
ｙｐ3 ＝｛（Ｘ3 −ｘ）2 ＋（Ｙ3 −ｙ）2 ＋（Ｚ3 −ｚ）2  ｝1/2      ………（７）
ｙｐ4 ＝｛（Ｘ4 −ｘ）2 ＋（Ｙ4 −ｙ）2 ＋（Ｚ4 −ｚ）2  ｝1/2      ………（８）
次いで、ステップＳ５に移行して、疑似距離ｙｍi 及び近似距離ｙｐｉ  に基づいて下記（９）式の演算を行って帰納的残差ＡＰＲを算出する。
【００２３】
【数１】
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次いで、ステップＳ６に移行して、時刻ずれΔｔが求まっているので、前記（１）〜（４）式から例えば（１）式から順に（２）式、（３）式及び（４）式を除いた３つの式からＮ個即ち４個の受信機位置（ｘi ，ｙi ，ｚi ）を演算するサブ測位演算を行う。
【００２４】
次いで、ステップＳ７に移行して、上記ステップＳ６で算出したサブ測位結果の最大差ＭＳ（Maximum Separation）を算出してからステップＳ８に移行する。
このステップＳ８では、ステップＳ５で算出した帰納的残差ＡＰＲが予め設定された帰納的残差閾値ＴＨ１未満で且つ最大差分ＭＳが予め設定された最大差分閾値ＴＨ２未満であるマルチパス非発生条件を満足するか否かを判定し、ＡＰＲ＜ＴＨ１且つＭＳ＜ＴＨ２であって、マルチパス非発生条件を満足する場合には、ステップＳ９に移行して、前記ステップＳ３で算出した４つの衛星を使用したマスタ測位演算で演算された受信機位置（ｘM ，ｙM ，ｚM ）を測位結果として選択してから前記ステップＳ１に戻る。
【００２５】
一方、ステップＳ８の判定結果がＡＰＲ≧ＴＨ１若しくはＭＳ≧ＴＨ２であるか又はＡＰＲ≧ＴＨ１且つＭＳ≧ＴＨ２であるときには、マルチパス非発生条件を満足しないのでマルチパス発生状態であると判断してステップＳ１０に移行する。
このステップＳ１０では、マルチパスが発生しているＧＰＳ衛星を特定する図４に示す重み付けアルゴリズムを実行してから前記ステップＳ１に戻る。
【００２６】
この重み付けアルゴリズムは、図４に示すように、先ず、ステップＳ１１で、変数ｉを“１”に設定し、次いでステップＳ１２に移行して、変数ｉのＧＰＳ衛星を排除したサブ測位演算結果である受信機位置（ｘi ，ｙi ，ｚi ） を真値（ｘ*i，ｙ*i  ，z*i）として設定してからステップＳ１３に移行する。
このステップＳ１３では、変数ｉのＧＰＳ衛星について重みｗi を２-1， ２+1としたときの重み付け演算処理を行う。
この重み付け処理は、通常のＧＰＳ測位計算モデルとしてCancel-B法を適用して、
ｙi ＝Ｈｉ Ｘ＋ｂ              …………（１０）
ｙi −ｙ* ＝（Ｈi −Ｈ* ）Ｘ    …………（１１）
ここで、ｙi は疑似距離と近似距離の差分ベクトル、Ｈは視線方向ベクトル、Ｘは位置誤差ベクトルである。ただし
【００２７】
【数２】
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これに対し下記のように重み付け法を適用する。
ｗi （ｙi −ｙ* ）＝ｗi （Ｈi −Ｈ* ）Ｘ    …………（１２）
ただし、
ｙ* ＝（Σｗi ｙi ）／（Σｗi  ）
Ｈ* ＝（Σｗi Ｈi ）／（Σｗi  ）
そして、重み付け法を適用した変数iのGPS衛星に対して、重み毎の受信機位置（ｘi1，ｙi1，ｚi1），（ｘi2，ｙi2，ｚi2） を算出する。
【００２８】
次いでステップＳ１４に移行して、上記ステップＳ１３で算出した重み毎の受信機位置と前記ステップＳ１２で設定した真値（ｘ*i，ｙ*i ，z*i）とに基づいて下記式の演算を行って位置誤差ＰＥを算出し、これをメモリ等の記憶装置に記憶する。
ＰＥ＝｛（ｘij−ｘ* ）2 ＋（yij−y* ）2 ＋（zij−z* ）2 ｝1/2 ……（１３）
次いで、ステップＳ１５に移行して、変数ｉをインクリメント（ｉ＝ｉ＋１）し、次いでステップＳ１６に移行して、変数ｉが受信した衛星数Ｎを超えたか否かを判定し、ｉ≦Ｎであるときには位置誤差演算が終了していないものと判断して前記ステップＳ１２に戻り、ｉ＞Ｎであるときには位置誤差演算が終了したものと判断してステップＳ１７に移行する。
【００２９】
このステップＳ１７では、記憶装置に記憶されているＧＰＳ衛星毎の重みに対する位置誤差ＰＥを読出し、サブ演算から除かれた衛星のみに対して、重みの増加に比例して位置誤差PEが増加し、残りの３つの衛星に対して、重みの増加に反比例して位置誤差PEが減少するマルチパス発生条件を満足する組を抽出し、次いでステップＳ１８に移行して、抽出したマルチパス発生条件を満足する組が１組だけであるか否かを判定し、１組だけであるときには、ステップＳ１９に移行して、その組の真値として設定した受信機位置の演算から除いたGPS衛星をマルチパス発生衛星として特定し、次いでステップＳ２０に移行して、前記サブ測位処理における該当するマルチパス発生衛星を除く３つのＧＰＳ衛星で演算した受信機位置を測位結果として設定してから重み付けアルゴリズムを終了して図３の前記ステップＳ１に戻る。
【００３０】
また、ステップＳ１８の判定結果がマルチパス発生条件を満足する組が複数組存在する場合には、ステップＳ２１に移行して、重みの増加によって増加する位置誤差ＰＥの変化率が最大となる組の真値として設定した受信機位置の演算から除いたＧＰＳ衛星をマルチパス発生衛星として特定してから前記ステップＳ２０に移行する。
この図３の処理が測位演算手段に対応し、このうちステップＳ１の処理が疑似距離演算手段に対応し、ステップＳ２〜Ｓ３の処理がマスタ測位演算手段に対応し、ステップＳ５の処理が機能的残差演算手段に対応し、ステップＳ６の処理がサブ測位演算手段に対応し、ステップＳ７の処理が最大差演算手段に対応し、ステップＳ８の処理がマルチパス判定手段に対応し、ステップＳ９の処理が正常時選択手段に対応し、ステップＳ１０の処理及び図４の処理がマルチパス発生状態選択手段に対応している。
【００３１】
次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、マルチパスが発生しているＧＰＳ衛星が例えばＧＰＳ衛星ＳＶ２１であって既知であると共に、受信機位置の真値（ｘ*、ｙ*、ｚ*）が既知であるものとして、各ＧＰＳ衛星ＳＶ２１，ＳＶ１４，ＳＶ２０，ＳＶ２２の位置誤差ＰＥを前記（１３）式を適用して演算すると、図５に示すように、マルチパス発生衛星であるＧＰＳ衛星ＳＶ２１については、重みが２0 である状態で位置誤差ＰＥが１７０ｍ程度となる状態から重みが２1，２2 ，２3 と増加するにつれて緩やかに増加し、逆に重みが２-1，２-2 ，２-3と減少するにつれて緩やかに略“０”となるまで減少し、その後は重みの減少によっても位置誤差が略“０”の状態を維持する。
【００３２】
ところが、マルチパスを発生していない残りの３つのＧＰＳ衛星ＳＶ１４，ＳＶ２０及びＳＶ２２については重みが２-3，２-2，２-1，２0 まで増加すると位置誤差ＰＥが比較的急峻に減少し、その後重みが２0 から２1 ，２2 ，２3 まで増加すると位置誤差ＰＥが比較的緩やかに減少する。
この結果から、マルチパスが発生したＧＰＳ衛星に対して、重みの増加に比例して位置誤差ＰＥが増加する一方、マルチパスが発生していないＧＰＳ衛星に対して、重みの増加に反比例して位置誤差ＰＥが減少することが理解される。
【００３３】
この原理に基づいて上記実施形態では、前述したように４つのＧＰＳ衛星ＳＶ２１，ＳＶ１４，ＳＶ２０，ＳＶ２２からの電波をＧＰＳ受信機２で受信したものとすると、ＧＰＳ受信機２ではアンテナ３で受信したＲＦ信号を低雑音増幅器４で増幅してから周波数変換部５でＩＦ信号にダウンコンバートし、このＩＦ信号をＧＰＳ復調・演算部６に供給することにより、ＩＦ信号を復調して、送信時刻、軌道情報等を含むディジタルデータを生成する。
【００３４】
そして、各ＧＰＳ衛星の復調したディジタルデータに基づいて図３及び図４の処理を実行してマルチパスが発生したＧＰＳ衛星の有無を判定し、その判定結果に基づいて受信機位置を演算する。
すなわち、前述したように、受信した全てのＧＰＳ衛星ＳＶ２１，ＳＶ１４，ＳＶ２０，ＳＶ２２について疑似距離ｙｍ１  ,ｙｍ2 ,ｙｍ3 ，ｙｍ4 を演算する。
【００３５】
そして、演算した疑似距離ｙｍi と、衛星位置（Ｘi ，Ｙi ，Ｚi  ）とから前記（１）式〜（４）式を解いて受信機位置（ｘM ，ｙM ，ｚM ）を演算するマスタ測位演算を行う。
次いで、マスタ測位演算処理で求めた受信機位置（ｘM ，ｙM ，ｚM ）と各ＧＰＳ衛星の衛星位置（Ｘi ，Ｙi ，Ｚi ）とに基づいて前記（５）式〜（８）式の演算を行ってＧＰＳ衛星毎の近似距離ｙｍi を算出する。
【００３６】
そして、疑似距離ｙｍi と近似距離ｙｐi とに基づいて帰納的残差ＡＰＲを算出する。
さらに、４つのＧＰＳ衛星から１つずつを排除した残りの３つのＧＰＳ衛星に基づいてサブ測位演算処理を行い、４つのサブ測位解となる受信機位置を演算し、さらにサブ測位演算処理で算出した受信機位置の最大差ＭＳを算出する。
そして、算出した帰納的残差ＡＰＲが帰納的残差閾値ＴＨ１未満であり、且つ最大差ＭＳが最大差閾値ＴＨ２未満であるマルチパス非発生条件を満足するか否かを判定し、マルチパス非発生条件を満足するときには、各ＧＰＳ衛星ＳＶ２１，ＳＶ１４，ＳＶ２０，ＳＣ２２にマルチパスが発生していないものと判断して、マスタ測位演算処理で算出した受信機位置（ｘM ，ｙM ，ｚM ）を真値として選択し、これを後段の例えばカーナビゲーションシステムに出力する。
【００３７】
ところが、ＧＰＳ衛星ＳＶ２１にマルチパスが発生し、算出した帰納的残差ＡＰＲ及び最大差ＭＳがマルチパス非発生条件を満足しないときには、図４の重み付けアルゴリズムを実行する。
この重み付けアルゴリズムでは、先ず、変数ｉを“１”に設定して、４つのＧＰＳ衛星のうちＧＰＳ衛星ＳＶ２１を除いた３つのＧＰＳ衛星ＳＶ１４，ＳＶ２０，ＳＶ２２に基づいてサブ測位演算処理を行って演算した受信機位置（ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）を真値（ｘ* ，ｙ* ，ｚ* ）として仮定すると共に、衛星毎に２-1，２+1で表される２つの重みを設定した重み付け演算を行って、受信機位置（ｘ11，ｙ11 ，ｚ11），（x12、y12、z12）〜（x41、y41、z41）、（x42、y42、z42）を算出し、これらに基づいて前記（１３）式の演算を行って各重みに対する位置誤差ＰＥを算出する。この演算結果は、マルチパス発生衛星をＧＰＳ衛星ＳＶ２１としたときに、図6に示すように、真値として仮定した受信機位置の演算から除かれたＧＰＳ衛星ＳＶ２１に対して、受信機の位置誤差ＰＥが○印で示すように重みの増加に比例して増加し、残りのＧＰＳ衛星ＳＶ１４，ＳＶ２０，ＳＶ２２に対して、受信機の位置誤差ＰＥが□、▲、◆印で示すように、重みの増加に反比例して減少する傾向となる。
【００３８】
次に、変数ｉを“２”としてＧＰＳ衛星ＳＶ１４を除く３つのＧＰＳ衛星ＳＶ２１，ＳＶ２０，ＳＶ２２に基づいてサブ測位演算を行って演算した受信機位置（ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）を真値（ｘ* ，ｙ* ，ｚ* ）として仮定すると共に、衛星毎に２-1，２+1の重みを設定した重み付け演算を行って、受信機位置（ｘ11，ｙ11 ，ｚ11），（x12、y12、z12）〜（x41、y41、z41），（x42、y42、z42）を算出し、これらに基づいて前記（１３）式の演算を行って各重みに対する位置誤差ＰＥを算出する。この演算結果は、図７に示すように、□及び◆印で示すＧＰＳ衛星ＳＶ１４及びＳＶ２２に対して、受信機の位置誤差ＰＥが重みの増加に比例して増加し、○及び▲印で示すＧＰＳ衛星ＳＶ２１及びＳＶ２０に対して、位置誤差ＰＥが重みの増加に反比例して減少する傾向となる。
【００３９】
さらに、変数ｉを“３”として、ＧＰＳ衛星ＳＶ２０を除く３つのＧＰＳ衛星ＳＶ２１，ＳＶ１４，ＳＶ２２に基づいてサブ測位演算を行って演算した受信機位置（ｘ3 ，ｙ3 ，ｚ3 ）を真値（ｘ* ，ｙ* ，ｚ* ）として仮定すると共に、衛星毎に２-1，２+1の重みを設定した重み付け演算を行って、受信機位置（ｘ11，ｙ11 ，ｚ11），（x12，y12，z12）〜(x41，y41，z41)，(x42，y42，z42)を算出し、これらに基づいて前記（１３）式の演算を行って各重みに対する位置誤差ＰＥを算出する。この演算結果は、図８に示すように、▲及び◆印で示すＧＰＳ衛星ＳＶ２０及びＳＶ22に対して、重みの増加に比例して受信機の位置誤差が増加し、○及び□印で示すＧＰＳ衛星ＳＶ２１及びＳＶ１４に対して、重みの増加に反比例して受信機の位置誤差が減少する傾向となる。
【００４０】
さらにまた、変数ｉを“４”として、ＧＰＳ衛星ＳＶ２２を除く３つのＧＰＳ衛星ＳＶ２１，ＳＶ１４，ＳＶ２０に基づいてサブ測位演算を行って演算した受信機位置（ｘ4 ，ｙ4 ，ｚ4 ）を真値（ｘ* ，ｙ* ，ｚ* ）として仮定すると共に、衛星毎に２-1，２+1の重みを設定した重み付け演算を行って、受信機位置（ｘ11，ｙ11 ，ｚ11），(x12，y12，z12)〜(x41，y41，z41)，(x42，y42，z42)を算出し、これらに基づいて前記（１３）式の演算を行って各重みに対する位置誤差ＰＥを算出する。この演算結果は、図９に示すように、□、▲及び◆印で示すＧＰＳ衛星ＳＶ１４、ＳＶ２０及びＳＶ２２に対して、位置誤差ＰＥが重みの増加に比例して増加し、○印で示すＧＰＳ衛星ＳＶ２１に対して、位置誤差ＰＥが重みの増加に反比例して減少する傾向となる。
【００４１】
したがって、各ＧＰＳ衛星ＳＶ２１，ＳＶ１４．ＳＶ２０，ＳＶ２２を順次除いたサブ測位演算処理で演算した受信機位置を真値と仮定して、重み付け演算を行った各ＧＰＳ衛星の受信機位置と真値とに基づいて前記（１３）式の演算を行って演算結果を表す図６〜図９から理解されるように図５のみが真値として設定したサブ測位演算処理の受信機位置の演算から除かれたＧＰＳ衛星ののみの重みに対して、位置誤差が重みの増加に比例して増加し、残りのＧＰＳ衛星の重みに対して、位置誤差が重みの増加に反比例して減少するマルチパス発生条件を満たすことになり、この結果からマルチパス発生衛星としてＧＰＳ衛星ＳＶ２１を特定し、この真値として仮定した受信機位置（ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）を測位結果として決定し、これを後段のカーナビゲーションシステム等に出力する。
【００４２】
また、マルチパス発生条件を満たす結果が複数存在する場合には、そのうちの重みの増加に対する位置誤差ＰＥの変化率が一番大きい組を選択し、この組の真値の演算に排除したＧＰＳ衛星をマルチパス発生衛星として特定し、この組の真値として仮定した受信機位置（ｘi ，ｙi ，ｚi ）を真値として決定し、これを後段のカーナビゲーションシステム等に出力する。
【００４３】
このように、上記実施形態によると、マスタ測位演算処理で算出した疑似距離ｙｍi と近似距離ｙｐi とに基づいて算出した帰納的残差ＡＰＲと、受信した全てのＧＰＳ衛星から順次１つを除いた残りのＧＰＳ衛星についてサブ測位演算処理を行って演算した受信機位置の最大差ＭＳとに基づいてマルチパスが発生したＧＰＳ衛星の有無を判断し、マルチパスが発生したＧＰＳ衛星が存在しない場合には、マスタ測位演算処理で演算した受信機位置を真値として選択し、マルチパス衛星が発生したＧＰＳ衛星が存在する場合には、サブ測位演算処理で演算した各受信機位置を順次真値として仮定し、このときの４つのＧＰＳ衛星について重み付け処理を行ってから、それらについて位置誤差ＰＥを演算し、この演算結果について真値として仮定した受信機位置の演算で排除したＧＰＳ衛星の重みに対して、位置誤差が重みの増加に比例して増加し、残りの３つのＧＰＳ衛星に対して、位置誤差が重みの増加に反比例して減少するマルチパス発生条件を満足する場合に、排除したＧＰＳ衛星をマルチパス発生衛星として特定するので、マルチパス発生衛星の存在を検出したときに、マルチパス発生衛星を正確に特定することができる。
【００４４】
因に、受信した全ての衛星を使用するマスタ測位解で帰納的残差ＡＰＲを算出すると共に、１つずつＧＰＳ衛星を排除した３つの衛星を使用するサブ測位解で帰納的残差ＡＰＲを算出すると、下記表１に示すように、マスタ測位解ではＡＰＲが１４９．８となり、残りのサブ測位解では全ての帰納的残差ＡＰＲが０となる。また、位置誤差についてはマスタ測位解では１６３．９ｍとなり、ＧＰＳ衛星ＳＶ２１を除く３つの衛星によるサブ測位解２１では１８．２ｍ、ＧＰＳ衛星ＳＶ１４を除く３つの衛星によるサブ測位解１４では１９９３．０ｍとなり、ＧＰＳ衛星ＳＶ２０を除く３つの衛星によりサブ測位解２０では９６２．７ｍとなり、ＧＰＳ衛星ＳＶ２２を除く３つの衛星によりサブ測位解２２では２２１．２ｍとなっており、前述した非特許文献１に記載された従来例では、“０”となるサブ測位解が複数存在することにより、マスタ測位解が選択されることにより，位置誤差が１６３．９ｍも生じることになるが、本実施形態では、前述したようにサブ測位解２１が選択されることにより、位置誤差が最小値１８．２となり、より正確の受信機位置を演算することができる。
【００４５】
【表１】
2005077318.tif 000005
なお、上記実施形態においては、重み付けアルゴリズムとして通常のＧＰＳ測位計算モデルとしてCancel-B法を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、通常のＧＰＳ測位計算モデルを下記のように設定して重み付け演算を行うようにしてもよい。
【００４６】
Ｙ＝Ｈ・Ｘ
ここで、Ｙは疑似距離と近似距離の差分ベクトル、Ｈは視線方向ベクトル、Ｘは位置誤差ベクトルである。
そして、それぞれの衛星の測定時の測定誤差に応じて、適当な重みを割り当てることにより、位置誤差を軽減することが期待できる。
重みベクトルｗ＝（ｗ1 ,ｗ2 ，……ｗn ）とすると、
w・Ｙ＝ｗ・Ｈ・Ｘ
（ｗＨ）T ｗＹ＝（ｗＨ）T ｗＨＸ
ＨT  ＷＹ＝ＨT  ＷＨＸ
Ｘ＝（ＨT  ＷＨ）-1ＨT  ＷＹ
ただし、
【００４７】
【数３】
2005077318.tif 000006
また、上記実施形態では４つの衛星からの電波を受信可能な場合について説明したが、これに限定されるものではなく、５以上の衛星からの電波を受信可能な場合でも、上記実施形態と同様にマルチパス衛星を特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】受信した衛星番号と変数との関係を表すテーブルを示す図である。
【図３】測位演算処理を示すフローチャートである。
【図４】図３の重み付け演算処理を示すフローチャートである。
【図５】ＧＰＳ衛星毎の重みと位置誤差の関係を示す特性線図である。
【図６】ＧＰＳ衛星ＳＶ２１を除いたサブ測位解を真値としたときの特性線図である。
【図７】ＧＰＳ衛星ＳＶ１４を除いたサブ測位解を真値としたときの特性線図である。
【図８】ＧＰＳ衛星ＳＶ２０を除いたサブ測位解を真値としたときの特性線図である。
【図９】ＧＰＳ衛星ＳＶ２２を除いたサブ測位解を真値としたときの特性線図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…全地球測位システム、２…ＧＰＳ受信機、ＳＶ２１，ＳＶ１４，ＳＶ２０，ＳＶ２２…ＧＰＳ衛星、３…アンテナ、４…低雑音増幅器、５…周波数変換部、６…ＧＰＳ復調・演算部
【図１】
2005077318.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005077318.tif 000011
【図６】
2005077318.tif 000012
【図７】
2005077318.tif 000013
【図８】
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【図９】
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