(57)【要約】【課題】  搬送波位相を用いた高精度のＲＴＫ測位システム及びその測位方法が、衛星からの信号を受信出来ない場所で利用出来るようにすること。【解決手段】  ＲＴＫ測位システム及びその測位方法において、予めスードライトの位置と固定基準局受信機の位置とは既知とし、スードライトからの信号のコードと搬送波位相とは、固定基準局受信機と移動基準局受信機と利用者の有するローバー受信機とによりそれぞれ測定し、固定基準局受信機と移動基準局受信機とローバー受信機とにおいてそれぞれ測定したコードのデータと搬送波位相のデータとはデータリンクを用いて利用者処理ユニットに送信する。利用者処理ユニットでは、固定基準局受信機と移動基準局受信機との間の基線及び移動基準局受信機とローバー受信機との間の基線が決定される。決定された２つの基線と固定基準局受信機の既知の位置とから、ローバー受信機の測位を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＴＫ（リアルタイムキネマティック）測位システムにおいて、
スードライトと、
このスードライトからの信号のコードと搬送波位相とを測定する利用者の有するローバー受信機と、
前記スードライトからの信号のコードと搬送波位相とを測定する固定された固定基準局受信機と、
前記スードライトからの信号のコードと搬送波位相とを測定するとともに、移動する移動基準局受信機と、
前記固定基準局受信機と前記移動基準局受信機とからそれぞれ送られてきたデータと前記ローバー受信機からのデータとにより前記ローバー受信機の測位をする利用者処理ユニットと、
前記固定基準局受信機と前記移動基準局受信機と前記ローバー受信機とからの各データを、前記利用者処理ユニットに送るためのデータリンクとを備え、
前記固定基準局受信機の位置が既知であることを条件として、前記ローバー受信機の測位をすること
を特徴とするＲＴＫ測位システム。
【請求項２】
前記スードライトは、前記ローバー受信機の３次元測位をする場合は、少なくとも４基使用し、２次元測位をする場合は少なくとも３基使用すること
を特徴とする請求項１に記載のＲＴＫ測位システム。
【請求項３】
前記スードライトは、ＧＰＳ衛星からの信号を受信した後再発信し、前記固定基準局受信機と前記移動基準局受信機と前記ローバー受信機とは、ＧＰＳ受信機の機能も有すること
を特徴とする請求項１〜請求項２にそれぞれ記載のＲＴＫ測位システム。
【請求項４】
前記スードライトは、ＦＤＭＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉ  Ａｃｃｅｓｓ：周波数分割多元接続）を用い、且つ、利用可能なシステム周波数を使用することにより、ＧＰＳ衛星を含む全ての航法衛星と静止衛星と準静止衛星とからの信号を受信した後再発信すること
を特徴とする請求項１〜請求項３にそれぞれ記載のＲＴＫ測位システム。
【請求項５】
前記スードライトは、衛星の空間的分割を用いることにより、ＧＰＳ衛星を含む全ての航法衛星と静止衛星と準静止衛星とからの信号を受信した後再発信すること
を特徴とする請求項１〜請求項３にそれぞれ記載のＲＴＫ測位システム。
【請求項６】
前記スードライトの代わりに、擬似ＧＰＳ衛星を用いたこと
を特徴とする請求項１〜請求項５にそれぞれ記載のＲＴＫ測位システム。
【請求項７】
前記スードライトの代わりに、固定された拡散スペクトル信号源を用いたこと
を特徴とする請求項１〜請求項５にそれぞれ記載のＲＴＫ測位システム。
【請求項８】
前記スードライトの代わりに、静止衛星及びまたは準静止衛星を用いたこと
を特徴とする請求項１〜請求項３にそれぞれ記載のＲＴＫ測位システム。
【請求項９】
前記固定された拡散スペクトル信号源は、シンクロライトであること
を特徴とする請求項７に記載のＲＴＫ測位システム。
【請求項１０】
前記固定された拡散スペクトル信号源は、ＧＰＳ信号再発信機であること
を特徴とする請求項７に記載のＲＴＫ測位システム。
【請求項１１】
前記ＧＰＳ信号再発信機は、擬似ＧＰＳ信号を発信すること
を特徴とする請求項１０に記載のＲＴＫ測位システム。
【請求項１２】
前記ＧＰＳ信号再発信機は、前記擬似ＧＰＳ信号に類似する拡散スペクトル信号を発信すること
を特徴とする請求項１０に記載のＲＴＫ測位システム。
【請求項１３】
前記スードライトは、少なくとも５基使用し、且つ、２つの異なる周波数帯域の信号を再発信し、前記移動基準局受信機の位置をＲＴＫ測位方法における解析手法の一つであるオンザフライで決定すること
を特徴とする請求項１及び請求項３〜請求項１２にそれぞれ記載のＲＴＫ測位システム。
【請求項１４】
前記移動基準局受信機は、前記固定基準局受信機の位置を中心とする円周上を移動すること
を特徴とする請求項１〜請求項１３にそれぞれ記載のＲＴＫ測位システム。
【請求項１５】
前記利用者処理ユニットは、前記ローバー受信機の内部プロセッサであること
を特徴とする請求項１〜請求項１４にそれぞれ記載のＲＴＫ測位システム。
【請求項１６】
前記利用者処理ユニットは、ローバー受信機の外部に接続されたコンピュータであること
を特徴とする請求項１〜請求項１４にそれぞれ記載のＲＴＫ測位システム。
【請求項１７】
前記データリンクは、無線通信手段を用いたこと
を特徴とする請求項１〜請求項１６にそれぞれ記載のＲＴＫ測位システム。
【請求項１８】
前記データリンクは、有線通信手段を用いたこと
を特徴とする請求項１〜請求項１６にそれぞれ記載のＲＴＫ測位システム。
【請求項１９】
前記ローバー受信機は、少なくとも２基とし、
前記移動基準局受信機がない場合、前記ローバー受信機の内の１基に基準局としての機能を付加することにより、前記移動基準局受信機の代わりとすること
を特徴とする請求項１〜請求項１８にそれぞれ記載のＲＴＫ測位システム。
【請求項２０】
ＲＴＫ測位方法において、
予めスードライトの位置を既知とするとともに、固定基準局受信機の位置を既知とし、
前記スードライトからの信号のコードと搬送波位相とを、前記固定基準局受信機と移動基準局受信機と利用者の有するローバー受信機とによりそれぞれ測定し、
前記固定基準局受信機と前記移動基準局受信機と前記ローバー受信機とにおいてそれぞれ測定されたコードのデータと搬送波位相のデータとを、データリンクを用いて利用者処理ユニットに送信し、
この利用者処理ユニットにおいて、前記固定基準局受信機と前記移動基準局受信機との間の基線及び前記移動基準局受信機と前記ローバー受信機との間の基線を決定し、
この２つの基線と前記固定基準局受信機の前記既知の位置から、前記ローバー受信機の測位を行うこと
を特徴とするＲＴＫ測位方法。
【請求項２１】
前記スードライトからの信号は、前記ローバー受信機の３次元測位をする場合は、少なくとも４基のスードライトからの信号とし、２次元測位をする場合は少なくとも３基のスードライトからの信号としたこと
を特徴とする請求項２０に記載のＲＴＫ測位方法。
【請求項２２】
前記スードライトからの信号は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信した後再発信した信号とし、前記固定基準局受信機と前記移動基準局受信機と前記ローバー受信機とは、ＧＰＳ受信機の機能を用いて測定したこと
を特徴とする請求項２０〜請求項２１にそれぞれ記載のＲＴＫ測位方法。
【請求項２３】
前記スードライトからの信号は、ＦＤＭＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉ  Ａｃｃｅｓｓ：周波数分割多元接続）を用い、且つ、利用可能なシステム周波数を使用することにより、ＧＰＳ衛星を含む全ての航法衛星と静止衛星と準静止衛星とからの信号を受信した後再発信した信号であること
を特徴とする請求項２０〜請求項２２にそれぞれ記載のＲＴＫ測位方法。
【請求項２４】
前記スードライトからの信号は、衛星の空間的分割を用いることにより、ＧＰＳ衛星を含む全ての航法衛星と静止衛星と準静止衛星とからの信号を受信した後再発信した信号であること
を特徴とする請求項２０〜請求項２２にそれぞれ記載のＲＴＫ測位方法。
【請求項２５】
前記スードライトの代わりに、擬似ＧＰＳ衛星を用いたこと
を特徴とする請求項２０〜請求項２４にそれぞれ記載のＲＴＫ測位方法。
【請求項２６】
前記スードライトの代わりに、固定された拡散スペクトル信号源を用いたこと
を特徴とする請求項２０〜請求項２４にそれぞれ記載のＲＴＫ測位方法。
【請求項２７】
前記スードライトの代わりに、静止衛星及びまたは準静止衛星を用いたこと
を特徴とする請求項２０〜請求項２２にそれぞれ記載のＲＴＫ測位方法。
【請求項２８】
前記固定された拡散スペクトル信号源は、シンクロライトであること
を特徴とする請求項２６に記載のＲＴＫ測位方法。
【請求項２９】
前記固定された拡散スペクトル信号源は、ＧＰＳ信号再発信機であること
を特徴とする請求項２６に記載のＲＴＫ測位方法。
【請求項３０】
前記ＧＰＳ信号再発信機は、擬似ＧＰＳ信号を発信すること
を特徴とする請求項２９に記載のＲＴＫ測位方法。
【請求項３１】
前記ＧＰＳ信号再発信機は、前記擬似ＧＰＳ信号に類似する拡散スペクトル信号を発信すること
を特徴とする請求項２９に記載のＲＴＫ測位方法。
【請求項３２】
前記スードライトからの信号は、少なくとも５基のスードライトからのそれぞれ異なる２つの周波数帯域の信号とし、前記移動基準局受信機の位置をＲＴＫ測位方法における解析手法の一つであるオンザフライで決定すること
を特徴とする請求項２０及び請求項２２〜請求項３１にそれぞれ記載のＲＴＫ測位方法。
【請求項３３】
前記移動基準局受信機は、前記固定基準局受信機の位置を中心とする円周上を移動すること
を特徴とする請求項２０〜請求項３２にそれぞれ記載のＲＴＫ測位方法。
【請求項３４】
前記利用者処理ユニットは、前記ローバー受信機の内部プロセッサであること
を特徴とする請求項２０〜請求項３３にそれぞれ記載のＲＴＫ測位方法。
【請求項３５】
前記利用者処理ユニットは、ローバー受信機の外部に接続されたコンピュータであること
を特徴とする請求項２０〜請求項３３にそれぞれ記載のＲＴＫ測位方法。
【請求項３６】
前記データリンクは、無線通信手段を用いたこと
を特徴とする請求項２０〜請求項３５にそれぞれ記載のＲＴＫ測位方法。
【請求項３７】
前記データリンクは、有線通信手段を用いたこと
を特徴とする請求項２０〜請求項３５にそれぞれ記載のＲＴＫ測位方法。
【請求項３８】
前記ローバー受信機は、少なくとも２基とし、
前記移動基準局受信機がない場合、前記ローバー受信機の内の１基に基準局としての機能を付加することにより、前記移動基準局受信機の代わりとすること
を特徴とする請求項２０〜請求項３７にそれぞれ記載のＲＴＫ測位方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアルタイムキネマティック（以下、ＲＴＫと記す）測位システム及びその測位方法に関し、特に、搬送波位相を用いたスードライトによる高精度のＲＴＫ測位システム及びその測位方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星（以下、単に衛星という）を利用した測位方法は数多く存在するが、今日ではＧＰＳ衛星を利用した測位方法が一般的である。さらに、このＧＰＳを利用した測位方法も種々あり、搬送波位相を用いた測位方法が、誤差数ｍｍ〜数ｃｍという精度、測定時間の短さ等の理由から優れている。この搬送波位相を用いた測位方法では、搬送波位相データ中の波数不確定（以下、アンビギュイティと記す）を決定しなければならない。このアンビギュイティを決定する方法としては、ＧＰＳの場合、特に、リアルタイム用途では、すでに公知である。そして、この搬送波位相を用いた測位方法において、リアタイム用途で用いられる測位方法が、ＲＴＫ測位方法である。
【０００３】
又、ビルの陰や屋内、地下施設のような位置測位が難しい環境でも、利用者がリアルタイムに現在の位置をとらえる方法として、ＧＰＳ受信機能を内蔵した表示端末装置の位置をキャラクタで表示し、ＧＰＳ信号により解析された測位誤差と速度、進行方向に基づき、キャラクタを中心に、測位誤差円、速度・進行方向矢印を表示する。そして、表示端末装置は、現在の位置、測位誤差、速度と進行方向以外にも、現在までの端末装置の位置や誤差量、速度、進行方向等の情報を利用することによって、今後予測されるＧＰＳ受信装置もしくはＧＰＳ受信機能を内蔵した表示端末装置の位置、予測される測位誤差、予測される速度と進行方向を表示するようにしたものがある。
【特許文献１】特開２００３−２１５２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
搬送波位相を用いた測位方法で測位する場合には、例外なく、信号源、利用者のローバー受信機及び基準局受信機の相対的位置によって決まるジオメトリの変化が必要である。そして、このジオメトリの変化は、測定周期（以下、エポックと記す）毎に変化すればよい。このジオメトリの変化は、アンビギュイティを決定するための条件である。屋外で測位する場合には、衛星の移動によってこの条件が満たされている。
【０００５】
一般に、搬送波位相を用いた測位方法では、初期化作業として、このアンビギュイティの決定手続が行われる。この初期化作業を実施することにより、アンビギュイティが決定し、利用者の初期位置が決定される。その後、利用者は、衛星からの信号を受信し続けたまま、各測定点に移動し、この各測定点にて測位を行う。この搬送波位相を用いた測位方法では、測位するにあたっては、測定点に限らず移動している間も信号を受信し続けることが重要である。しかしながら、電離層や対流圏における電波の伝搬遅延の影響や測定点付近におけるマルチパスのような電波環境等の外的な要因等により、衛星からの信号の瞬断または受信中断も珍しくないので、その度にアンビギュイティ決定手続をやり直す必要もある。
【０００６】
一方、ＲＴＫ測位に限らず、衛星を利用した測位方法全般に生じる大きな課題がある。例えば、山や森林や都市部における高層建築物等の衛星から見た場合のいわゆる陰の部分、トンネル内、建物の中、地下街などの場所では、衛星からの信号を受信することが出来ない。このため、衛星からの信号が全く受信できない場合、若しくは受信できた衛星からの信号が測位に必要な数に足りない場合が生じる。このような場合には、測位を全く行えないか、若しくは正確な測位が行えないという課題がある。
【０００７】
しかしながら、上記特開２００３−２１５２２８号公報に記載されている方法では、山や森林や都市部における高層建築物等の衛星から見た場合のいわゆる陰の部分、トンネル内、建物の中、地下街などの場所のような測位を行えない位置における測位は、過去の履歴、即ち、測位出来た場所における履歴をもとに予測進路を算出するようにしたものであるから、上記のような測位を行えない位置を初期位置として測位を開始しようとしても、この初期位置を推測するための過去の履歴がないため、初期位置の測位が出来ないという課題がある。
【０００８】
ここで、発明者らは、屋内で測位を行う場合について、例えば、ＧＰＳ衛星の代わりとして地上に設置する擬似的な衛星（Ｐｓｅｕｄｏｌｉｔｅ：以下、スードライトと記す）を設置するとともに、ＲＴＫ測位で一般的に利用される基準局受信機を１基設置し、このスードライトからの信号を利用して、利用者の有するローバー受信機の測位を行う方法を考えた。しかしながら、この方法では、スードライト及び基準局受信機は固定されているので、ジオメトリの変化が生じない。そのため、利用者のローバー受信機の初期位置が決定できず、誤差数ｍｍ〜数ｃｍという高精度の搬送波位相測位の利用が出来ないという問題が生じた。
【０００９】
そのため、発明者らは、この搬送波位相を用いた測定方法を利用するために、この１基ある基準局受信機を移動させることにより、ジオメトリを変化させることを考えた。しかしながら、搬送波位相を用いた測位方法では、アンビギュイティ決定手続の開始前に基準局受信機の位置を既知としておく必要がある。そのため、この方法は実現不可能である。また、コードを利用する単独測位方法の利用は可能であるが、少なくとも数ｍ以上の誤差を生じるため、特に屋内におけるような高精度の測位には不向きであった。
【００１０】
また、ロボット工学の分野では、屋内における自動精密測位を必要とし、このようなロボット工学の分野における測位にも利用出来る高精度の測位手段が求められていた。
【００１１】
解決しようとする問題点は、屋内等のように衛星からの信号が受信できない場所や、衛星からの信号が測位に必要な数だけ受信できない都市部や山間部等のように、地形的に衛星から陰になる場所では、搬送波位相を用いた測位方法が利用出来ず、従って、高精度の測位が出来ないという事である。特に利用者に事前にその位置に関する知見がないと、自らの位置を決定する手段がない点である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１及び請求項２０に係わる発明は、ＲＴＫ測位システム及びその測位方法において、予めスードライトの位置を既知とするとともに、固定基準局受信機の位置を既知とし、このスードライトからの信号のコードと搬送波位相とを、固定基準局受信機と移動基準局受信機と利用者の有するローバー受信機とによりそれぞれ測定し、固定基準局受信機と移動基準局受信機とローバー受信機とにおいてそれぞれ測定されたコードのデータと搬送波位相のデータとを、データリンクを用いて利用者処理ユニットに送信し、この利用者処理ユニットにおいて、固定基準局受信機と移動基準局受信機との間の基線及び移動基準局受信機とローバー受信機との間の基線を決定し、この２つの基線と固定基準局受信機の既知の位置から、ローバー受信機の測位を行うようにしたＲＴＫ測位システム及びその測位方法である。
【００１３】
請求項２及び請求項２１に係わる発明は、請求項１及び請求項２０に記載の発明において、スードライトは、ローバー受信機の３次元測位をする場合は、少なくとも４基使用し、２次元測位をする場合は少なくとも３基使用するようにしたＲＴＫ測位システム及びその測位方法である。
【００１４】
請求項３及び請求項２２に係わる発明は、請求項１〜請求項２及び請求項２０〜請求項２１に記載の発明において、スードライトは、ＧＰＳ衛星からの信号を受信した後再発信し、固定基準局受信機と移動基準局受信機とローバー受信機とは、ＧＰＳ受信機の機能も有するようにしたＲＴＫ測位システム及びその測位方法である。
【００１５】
請求項４及び請求項２３に係わる発明は、請求項１〜請求項３及び請求項２０〜請求項２２に記載の発明において、スードライトは、ＦＤＭＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉ  Ａｃｃｅｓｓ：周波数分割多元接続）を用い、且つ、利用可能なシステム周波数を使用することにより、ＧＰＳ衛星を含む全ての航法衛星と静止衛星と準静止衛星とからの信号を受信した後再発信するようにしたＲＴＫ測位システム及びその測位方法である。
【００１６】
請求項５及び請求項２４に係わる発明は、請求項１〜請求項３及び請求項２０〜請求項２２に記載の発明において、スードライトは、衛星の空間的分割を用いることにより、ＧＰＳ衛星を含む全ての航法衛星と静止衛星と準静止衛星とからの信号を受信した後再発信するようにしたＲＴＫ測位システム及びその測位方法である。
【００１７】
請求項６及び請求項２５に係わる発明は、請求項１〜請求項５及び請求項２０〜請求項２４に記載の発明において、スードライトの代わりに、擬似ＧＰＳ衛星を用いるようにしたＲＴＫ測位システム及びその測位方法である。
【００１８】
請求項７及び請求項２６に係わる発明は、請求項１〜請求項５及び請求項２０〜請求項２４に記載の発明において、スードライトの代わりに、固定された拡散スペクトル信号源を用いるようにしたＲＴＫ測位システム及びその測位方法である。
【００１９】
請求項８及び請求項２７に係わる発明は、請求項１〜請求項３及び請求項２０〜請求項２２に記載の発明において、スードライトの代わりに、静止衛星及びまたは準静止衛星を用いるようにしたＲＴＫ測位システム及びその測位方法である。
【００２０】
請求項９及び請求項２８に係わる発明は、請求項７及び請求項２６に記載の発明において、固定された拡散スペクトル信号源は、シンクロライトであるようにしたＲＴＫ測位システム及びその測位方法である。
【００２１】
請求項１０及び請求項２９に係わる発明は、請求項７及び請求項２６に記載の発明において、固定された拡散スペクトル信号源は、ＧＰＳ信号再発信機であるようにしたＲＴＫ測位システム及びその測位方法である。
【００２２】
請求項１１及び請求項３０に係わる発明は、請求項１０及び請求項２９に記載の発明において、ＧＰＳ信号再発信機は、擬似ＧＰＳ信号を発信するようにしたＲＴＫ測位システム及びその測位方法である。
【００２３】
請求項１２及び請求項３１に係わる発明は、請求項１０及び請求項２９に記載の発明において、ＧＰＳ信号再発信機は、擬似ＧＰＳ信号に類似する拡散スペクトル信号を発信するようにしたＲＴＫ測位システム及びその測位方法である。
【００２４】
請求項１３及び請求項３２に係わる発明は、請求項１及び請求項３〜請求項１２及び請求項２０及び請求項２２〜請求項３１に記載の発明において、スードライトは、少なくとも５基使用し、且つ、２つの異なる周波数帯域の信号を再発信し、移動基準局受信機の位置をＲＴＫ測位方法における解析手法の一つであるオンザフライで決定するようにしたＲＴＫ測位システム及びその測位方法である。
【００２５】
請求項１４及び請求項３３に係わる発明は、請求項１〜請求項１３及び請求項２０〜請求項３２に記載の発明において、移動基準局受信機は、固定基準局受信機の位置を中心とする円周上を移動するようにしたＲＴＫ測位システム及びその測位方法である。
【００２６】
請求項１５及び請求項３４に係わる発明は、請求項１〜請求項１４及び請求項２０〜請求項３３に記載の発明において、利用者処理ユニットは、ローバー受信機の内部プロセッサであるようにしたＲＴＫ測位システム及びその測位方法である。
【００２７】
請求項１６及び請求項３５に係わる発明は、請求項１〜請求項１４及び請求項２０〜請求項３３に記載の発明において、利用者処理ユニットは、ローバー受信機の外部に接続されたコンピュータであるようにしたＲＴＫ測位システム及びその測位方法である。
【００２８】
請求項１７及び請求項３６に係わる発明は、請求項１〜請求項１６及び請求項２０〜請求項３５に記載の発明において、データリンクは、無線通信手段を用いるようにしたＲＴＫ測位システム及びその測位方法である。
【００２９】
請求項１８及び請求項３７に係わる発明は、請求項１〜請求項１６及び請求項２０〜請求項３５に記載の発明において、データリンクは、有線通信手段を用いるようにしたＲＴＫ測位システム及びその測位方法である。
【００３０】
請求項１９及び請求項３８に係わる発明は、請求項１〜請求項１８及び請求項２０〜請求項３７に記載の発明において、ローバー受信機は、少なくとも２基とし、移動基準局受信機がない場合、ローバー受信機の内の１基に基準局としての機能を付加することにより、移動基準局受信機の代わりとするようにしたＲＴＫ測位システム及びその測位方法である。
【発明の効果】
【００３１】
請求項１及び請求項２０に係わる発明は、ＲＴＫ測位システム及びその測位方法において、予めスードライトの位置を既知とするとともに、固定基準局受信機の位置を既知とし、このスードライトからの信号のコードと搬送波位相とを、固定基準局受信機と移動基準局受信機と利用者の有するローバー受信機とによりそれぞれ測定し、固定基準局受信機と移動基準局受信機とローバー受信機とにおいてそれぞれ測定されたコードのデータと搬送波位相のデータとを、データリンクを用いて利用者処理ユニットに送信し、この利用者処理ユニットにおいて、固定基準局受信機と移動基準局受信機との間の基線及び移動基準局受信機とローバー受信機との間の基線を決定し、この２つの基線と固定基準局受信機の既知の位置から、ローバー受信機の測位を行うようにしたので、ＧＰＳ信号が受信出来ない場所、例えば、屋内のような場所や、ＧＰＳ信号が測位に必要な数だけ受信出来ない場所、例えば、山や森林や都市部における高層建築物等の衛星から見た場合のいわゆる陰の部分でも、搬送波位相を用いた測位方法を利用することが出来、誤差数ｍｍ〜数ｃｍという高精度の測位をすることが出来る。
【００３２】
請求項３及び請求項２２に係わる発明は、請求項１〜請求項２及び請求項２０〜請求項２１に記載の発明において、スードライトからの信号は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信した後再発信した信号とし、固定基準局受信機と移動基準局受信機とローバー受信機とは、ＧＰＳ受信機の機能を用いてそれぞれ測定したので、上記と同様な効果があるとともに、既存のＧＰＳを用いた測位方法との汎用性を持たせることが出来る。
【００３３】
請求項４及び請求項２３に係わる発明は、請求項１〜請求項３及び請求項２０〜請求項２２に記載の発明において、スードライトは、ＦＤＭＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉ  Ａｃｃｅｓｓ：周波数分割多元接続）を用い、且つ、利用可能なシステム周波数を使用することにより、また、請求項５及び請求項２４に係わる発明は、同じく請求項１〜請求項３及び請求項２０〜請求項２２に記載の発明において、スードライトは、衛星の空間的分割を用いることにより、それぞれＧＰＳ衛星を含む全ての航法衛星と静止衛星と準静止衛星とからの信号を受信した後再発信するようにしたので、上記と同様な効果があるとともに、ＧＰＳ衛星だけでなく、全ての航法衛星や静止衛星や準静止衛星を利用したＲＴＫ測位システムを提供することが出来る。
【００３４】
請求項８及び請求項２７に係わる発明は、請求項１〜請求項３及び請求項２０〜請求項２２に記載の発明において、スードライトの代わりに、静止衛星及びまたは準静止衛星を用いるようにしたので、上記と同様な効果があるとともに、屋外において、静止衛星または準静止衛星を信号源として機能するＲＴＫ測位システムを提供することが出来る。
【００３５】
請求項１３及び請求項３２に係わる発明は、請求項１及び請求項３〜請求項１２及び請求項２０及び請求項２２〜請求項３１に記載の発明において、スードライトは、少なくとも５基使用し、且つ、２つの異なる周波数帯域の信号を再発信し、移動基準局受信機の位置をＲＴＫ測位方法における解析手法の一つであるオンザフライで決定するようにしたので、上記と同様な効果があるとともに、オンザフライで初期化が自動的に行われるので、利用者はリアルタイムで測位をすることが出来、より実用的かつ便利である。
【００３６】
請求項１４及び請求項３３に係わる発明は、請求項１〜請求項１３及び請求項２０〜請求項３２に記載の発明において、移動基準局受信機は、固定基準局受信機の位置を中心とする円周上を移動するようにしたので、上記と同様な効果があるとともに、未知数のパラメータが少なくなるので、基線を求めるための手順がより簡単になり、解析プログラムの負担を軽減することが出来る。
【００３７】
請求項１５及び請求項３４に係わる発明は、請求項１〜請求項１４及び請求項２０〜請求項３３に記載の発明において、利用者処理ユニットは、ローバー受信機の内部プロセッサであるようにしたので、上記と同様な効果があるとともに、ＲＴＫ測位システムの構成を簡単にすることが出来る。
【００３８】
請求項１６及び請求項３５に係わる発明は、請求項１〜請求項１４及び請求項２０〜請求項３３に記載の発明において、利用者処理ユニットは、ローバー受信機の外部に接続されたコンピュータであるようにしたので、上記と同様な効果があるとともに、解析プログラムは、演算処理能力の高いコンピュータで演算処理を行うことが出来、解析時間を大幅に短縮することが出来る。
【００３９】
請求項１９及び請求項３８に係わる発明は、請求項１〜請求項１８及び請求項２０〜請求項３７に記載の発明において、ローバー受信機は、少なくとも２基とし、移動基準局受信機がない場合、ローバー受信機の内の１基に基準局としての機能を付加することにより、移動基準局受信機の代わりとするようにしたので、屋内に設置する機器を減らすことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
予めスードライトの位置と固定基準局受信機の位置とは既知とし、このスードライトからの信号のコードと搬送波位相とは、固定基準局受信機と移動基準局受信機と利用者の有するローバー受信機とによりそれぞれ測定し、固定基準局受信機と移動基準局受信機とローバー受信機とにおいてそれぞれ測定されたコードのデータと搬送波位相のデータとは、データリンクを用いて利用者処理ユニットに送信し、この利用者処理ユニットにおいて、固定基準局受信機と移動基準局受信機との間の基線及び移動基準局受信機とローバー受信機との間の基線が決定し、この２つの基線と固定基準局受信機の既知の位置から、ローバー受信機の測位を行うようにしたので、屋内のようなＧＰＳ信号が受信出来ない場所や、山や森林や都市部における高層建築物等の衛星から見た場合のいわゆる陰の部分のようなＧＰＳ信号が測位に必要な数だけ受信出来ない場所でも、搬送波位相を用いた測位方法を利用することが出来、誤差数ｍｍ〜数ｃｍという高精度の測位をすることが出来るとともに、既存のＧＰＳを用いた測位方法との汎用性を持たせる。
【実施例】
【００４１】
この発明の実施例を、図１〜図３に基づいて詳細に説明する。
図１は、この発明の実施例を示す要部構成図、図２は、この発明の測位方法を示す概略フロー図、図３は、後述する固定基準局受信機３と移動基準局受信機４とローバー受信機５との位置関係を示す要部拡大図である。なお、この実施例では、ＧＰＳ信号を受信することが出来ない屋内において、後述する利用者の有するローバー受信機５の測位を実施する場合について説明する。
【００４２】
図１、図３において、１は、ＲＴＫ（リアルタイムキネマティック）測位を利用して利用者の測位を行うＲＴＫ測位システムである。このＲＴＫ測位システム１は、４基のスードライト２と、固定基準局受信機３と移動基準局受信機４とからなる２基の基準局受信機と、ローバー受信機５と、利用者処理ユニット６と、データリンク７とにより構成されている。
【００４３】
スードライト２は、衛星の代わりの信号源として使用され、利用者の３次元測位を行う場合は、少なくとも４基必要であり、２次元測位を行う場合は、少なくとも３基必要である。この実施例においては、市販されているスードライトを使用している。なお、このスードライト２の代わりに、その他の擬似ＧＰＳや、固定された拡散スペクトル信号源を用いても良い。この拡散スペクトル信号源としては、シンクロライト（Ｓｙｎｃｈｒｏｌｉｔｅ）や、擬似ＧＰＳ信号または類似する拡散スペクトル信号を発信するＧＰＳ信号再発信機等がある。このように、信号源としては種々利用出来るので、汎用性を持たせることが出来る。
【００４４】
固定基準局受信機３は、固定され、基準局としての機能を有しており、移動基準局受信機４は、常に移動して第２の中間基準局としての機能を有している。ローバー受信機５は、利用者が有している。この実施例においては、固定基準局受信機３、移動基準局受信機４、ローバー受信機５は、それぞれ、ＧＰＳ信号のコードと搬送波位相の測定も可能な市販されているＧＰＳ受信機を使用している。そして、４基のスードライト２からの信号を受信し測定できるように、これらのスードライト２は、各受信機に設定登録しておく必要がある。なお、固定基準局受信機３、移動基準局受信機４、ローバー受信機５は、市販のＧＰＳ受信機に限定されることなく、スードライト２からの信号のコードと搬送波位相の測定可能な受信機であればいかなるものでも良い。
【００４５】
利用者処理ユニット６は、固定基準局受信機３と移動基準局受信機４とローバー受信機５とからそれぞれ送られてきたデータを利用してデータ処理アルゴリズムを実行し、ローバー受信機５の測位をしている。この実施例では、標準的なノートパソコンを使用し、後述するデータ処理アルゴリズムをソフトウェアとして実装するが、ローバー受信機５の内部プロセッサで処理させるようにしても良い。
【００４６】
データリンク７は、固定基準局受信機３、移動基準局受信機４、ローバー受信機５とからの各データを、それぞれ利用者処理ユニット６との間で授受するためのものである。そのため、この実施例では、固定基準局受信機３、移動基準局受信機４、ローバー受信機５に付属の若しくは固定基準局受信機３、移動基準局受信機４、ローバー受信機５に接続されている、データの発信機及び受信機からなる無線通信手段が使用されている。なお、ケーブル接続のような有線通信手段によって実現しても良い。
【００４７】
次に、図１〜図３に基づいて、作用動作について詳細に説明する。
まず、測位を行う前に、４基のスードライト２は、部屋の四隅にそれぞれ設置され、位置を事前に測量して、その位置を既知にしておく。さらに、固定基準局受信機３と移動基準局受信機４とは、部屋の任意の場所に設置する。このとき、固定基準局受信機３の位置は、事前に測量され、その位置を既知にしておく。
【００４８】
さらに、この実施例では、図１、図３に示すように、実線部分は、移動基準局受信機４のエポックｋの時の位置を示し、破線部分は、エポック（ｋ＋１）の時の位置を示している。このように、移動基準局受信機４は、固定基準局受信機３を中心とした半径を既知の値Ｒとして、固定基準局受信機３と同一平面上に位置する円周に沿って移動するように配置されている。移動基準局受信機４は、常に移動していればこの様な移動の制約を課す必要はなく、ランダムに移動してもよい。
【００４９】
しかしながら、後述するローバー受信機５の位置を求める際、移動基準局受信機４が固定基準局受信機３と同一平面上を移動することにより、移動基準局受信機４の高さ方向のパラメータは既知となる。又、移動基準局受信機４が固定基準局受信機３を中心とした半径を既知Ｒとした円周に沿って移動する場合、移動基準局受信機４は一定の移動経路を移動し、固定基準局受信機３と移動基準局受信機４との間の距離が、一定且つ既知となり、基線の解析の際の未知数のパラメータはさらに減少する。従って、固定基準局受信機３と移動基準局受信機４との位置関係を上記のように配置すれば、基線の解析がより簡単となる。
【００５０】
測位にあたって、固定基準局受信機３と移動基準局受信機４とは、既に初期化作業が実施されている。この初期化作業は、ＲＴＫ測位方法において周知のオンザフライの手法で自動的に行うようにすれば、より実用的である。ただし、この場合、初期化を行うのにスードライト２は、最低５基必要であり、且つ、Ｌ１帯及びＬ２帯の２周波数の信号を再発信する必要がある。
なお、オンザフライの手法で初期化作業を自動的に行う場合、このオンザフライの手法は、測位開始前の初期化作業に限らず、測位途中において発生する衛星からの信号の瞬断または受信中断により行う必要のある初期化作業にも同様に実行されるので、実用的である。
【００５１】
ＲＴＫ測位システム１の構成の内、ローバー受信機５と利用者処理ユニット６とデータリンク７の一部（ローバー受信機５に付属の若しくは接続される部分）とは、利用者が所持し、この利用者の移動により、共にこの部屋の中を移動する。利用者がこの部屋に入ると、ローバー受信機５の測位が開始される。
【００５２】
まず、部屋に設置されている４基のスードライト２からの信号のコードと搬送波位相の測定が、固定基準局受信機３と移動基準局受信機４とローバー受信機５とにおいてそれぞれ行われる。
固定基準局受信機３と移動基準局受信機４とローバー受信機５とにおいてそれぞれ測定されたスードライト２からの信号のコードと搬送波位相のデータは、データリンク７を用いて利用者処理ユニット６に送信される。
【００５３】
利用者処理ユニット６は、固定基準局受信機３と移動基準局受信機４とローバー受信機５とから送られてきた測定データを、インタフェースを介して受信し（ステップ２１）、ローバー受信機５の測位を行うために、下記のようにデータ処理アルゴリズムを実行する。
【００５４】
次に、利用者処理ユニット６は、測定データのスクリーニングを行い、この測定データから必要なデータを抽出し（ステップ２２）、コードを初期化（ステップ２３）した後、搬送波位相によるローバー受信機５の位置決めを行う（ステップ２４）。
【００５５】
この位置決めの際、重要な点としては、移動基準局受信機４が常に移動していることである。この実施例の場合、ＲＴＫ測位する際の信号源は、衛星ではなく部屋の既知の位置に設置されているスードライトを用いている。従って、信号源としてのスードライトは固定されているため、そのままでは、ジオメトリが変化せず、アンビギュイティを決定することが出来ない。しかしながら、移動基準局受信機４が移動することにより、移動基準局受信機４と固定基準局受信機３、移動基準局受信機４とローバー受信機５のそれぞれの間でジオメトリが変化するため、固定基準局受信機３と移動基準局受信機４との間の基線Ａ及び移動基準局受信機４とローバー受信機５との間の基線Ｂとを決定することが出来る。なお、基線Ｃは、固定基準局受信機３とローバー受信機５との間の基線である。
この２つの基線Ａ、Ｂと、固定基準局受信機３の位置が既知であることから、このローバー受信機５の位置を測位出来る。
【００５６】
この求められたローバー受信機５の位置は、利用者処理ユニット６に表示される（ステップ２５）。さらに、この求められたローバー受信機５の位置を用いて、ＧＰＳ受信機とナビゲーション機器との通信規格であるＮＭＥＡデータが、利用者処理ユニット６において作成される（ステップ２６）。
【００５７】
ここで、参考までにデータ処理アルゴリズムの根拠は、以下の通りである。
【００５８】
まず、ローバー受信機５と、固定基準局受信機３との相対的なアンビギュイティは、下記の数式１で示される。
【００５９】
【数１】
2005083888.tif 000003
【００６０】
ただし、
||Ｘ||0  ：ローバー受信機５の座標のベクトル
||Ｘ||1  ：固定基準局受信機３の座標のベクトル
||Ｎ||10  ：基線Ｃ（ローバー受信機５と固定基準局受信機３との間の基線）のＤＤ（二重位相差）アンビギュイティのベクトル
||Ｎ||12  ：基線Ａ（固定基準局受信機３と移動基準局受信機４との間の基線）のＤＤ（二重位相差）アンビギュイティのベクトル
||Ｎ||20  ：基線Ｂ（移動基準局受信機４とローバー受信機５との間の基線）のＤＤ（二重位相差）アンビギュイティのベクトル
||Ｂ||12  ：基線Ａ（固定基準局受信機３と移動基準局受信機４との間の基線）
||Ｂ||20  ：基線Ｂ（移動基準局受信機４とローバー受信機５との間の基線）
【００６１】
固定基準局受信機３の座標ベクトル||Ｘ||1は、予め既知とする。（任意で、固定基準局受信機３と移動基準局受信機４との間の基線Ａの基線長ｍｏｄ（||Ｂ||12）は、既知であっても良い）
【００６２】
下記の数式２及び数式３は、||Ｂ||20、||Ｂ||12、||Ｎ||20、||Ｎ||12について解く必要がある。
【００６３】
【数２】
2005083888.tif 000004
【００６４】
【数３】
2005083888.tif 000005
【００６５】
ここで、
Ｐ20  ：擬似距離（移動基準局受信機４とローバー受信機５との間の擬似距離）のＤＤ（二重位相差）
Ｐ12  ：擬似距離（固定基準局受信機３と移動基準局受信機４との間の擬似距離）のＤＤ（二重位相差）
Ｃ20  ：搬送波位相（移動基準局受信機４とローバー受信機５との間の搬送波位相）のＤＤ（二重位相差）
Ｃ12  ：搬送波位相（固定基準局受信機３と移動基準局受信機４との間の搬送波位相）のＤＤ（二重位相差）
[|Ａ20|]{k}  ：デザインマトリックス（移動基準局受信機４とローバー受信機５との間のデザインマトリックス）
[|Ａ12|]{k}  ：デザインマトリックス（固定基準局受信機３と移動基準局受信機４との間のデザインマトリックス）
である。
【００６６】
各系の方程式の数は２ｋ（ｍ−１）である。ここで、ｍはスードライトの数、ｋはエポックの数である。しかしながら、４基のスードライトに関する方程式を解くには、１エポックで十分である。しかし、この解は擬似距離の精度によって限定される。
アンビギュイティを解くためには、構成から精度の低い擬似距離の式を除去し、且つ、搬送波位相だけの方程式について解析可能な初期領域を定義するためだけに使用される。
【００６７】
擬似距離の式を除去した式は、下記の数式４及び数式５に示されている。
【００６８】
【数４】
2005083888.tif 000006
【００６９】
【数５】
2005083888.tif 000007
【００７０】
初期解である下記の数式６と数式７が、数式２と数式３から導き出される。
【００７１】
【数６】
2005083888.tif 000008
【００７２】
【数７】
2005083888.tif 000009
【００７３】
任意で、上記の系に下記の数式８を追加してもよい。
【００７４】
【数８】
2005083888.tif 000010
【００７５】
ここで、ベクトル||Ｂ||12{k}は、屋内での測位の場合、ＸとＹの２つの成分だけを持つことに注意すべきである。
数式４と数式５の中の方程式の数（行列の階数）は、それぞれ（ｍ−１）ｋである。ただし、ｍはスードライトの数、ｋはエポックの数である。
よって、数式８に含まれる方程式の合計数Ｎは、Ｎ＝（２ｍ−１）ｋである。
未知数の数Ｍは、Ｍ＝５ｋ＋２ｍ−２である。
よって、Ｍ≦Ｎの時、この系の座標とアンビギュイティを解くことができる。
スードライトの数は、ｍ≧４とし、エポックの数は、ｋ≧３とする必要がある。
【００７６】
さらに、利用者が垂直方向に移動しないと仮定した場合には、ベクトル||Ｂ||20{k}も同様にＸとＹの成分だけを持つので、Ｍ＝４ｋ＋２ｍ−２となる。
よって、スードライトの数の最低要件をｍ≧３に引下げると、エポックの数は、ｋ≧４になり、ｍ≧４ではｋ≧２になる。
【００７７】
本発明は、移動基準局受信機４を使用しているが、本発明と比較するために、移動基準局受信機４を使用しない場合について考える。移動基準局受信機４を含まない方程式は、スードライトの数がいくつあろうとも全く解くことができない。何故ならば、シーケンシャルエポックに関する方程式は、線形依存になるであろうし、且つ、系の階数が増加しないであろうからである。移動基準局受信機４の場合は、デザインマトリックス[|Ｆ12|]{k}と[|Ｆ20|]{k}がエポックごとに変化するために、シーケンシャルエポックに関する方程式は線形依存にはならない。
【００７８】
なお、一般にＲＴＫ測位の測定時間は、他の測位方法よりは短く、屋外で通常に測位する場合１秒〜１分程度である。本発明では信号源が著しく各受信機に接近しているために、移動基準局受信機４の移動によってジオメトリが大きく変化するので、アンビギュイティをさらに迅速に決定することが出来る。
【００７９】
なお、この実施例では、ＧＰＳ信号が受信することが出来ない屋内で、スードライトからＧＰＳ信号を再発信して、スードライトのみが信号源の状態で利用者のローバー受信機の測位をした場合について説明した。しかしながら、上記実施例に限定されることなく、当然にして、屋外でも衛星の信号が受信出来ない、いわゆる地形の陰になっている場所においてもローバー受信機５の測位が可能である。
【００８０】
さらに、この発明では、固定基準局受信機３と移動基準局受信機４とローバー受信機５は、市販されているＧＰＳ受信機を利用してスードライトからの信号も受信できるように構成されている。従って、この発明による測位システム及び測位方法は、ＧＰＳ信号が全く受信することが出来ない場所に限定されることなく、屋外で測位する場合でも、測位に必要な数の衛星からの信号が得られない場合、衛星の代わりに、スードライトで補強する形でローバー受信機５の測位が可能である。
【００８１】
また、スードライトの代わりの信号源として、アメリカのＷＡＡＳや日本のＭＳＡＳ、ヨーロッパのＥＧＮＯＳ等の静止衛星及び日本のＱＺＳＳ等の準静止衛星が利用可能である。
【００８２】
また、スードライトは、ＦＤＭＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉ  Ａｃｃｅｓｓ、周波数分割多元接続）を用い、且つ、利用可能なシステム周波数を使用することにより、アメリカのＧＰＳ衛星に限らず、ロシアのＧＬＯＮＡＳＳやヨーロッパのＧＡＬＩＬＥＯ等の航法衛星からの信号や、アメリカのＷＡＡＳや日本のＭＳＡＳ、ヨーロッパのＥＧＮＯＳ等の静止衛星からの信号や、日本のＱＺＳＳ等の準静止衛星等からの信号を利用することが出来る。従って、スードライトがこれらの信号を受信した後再発信することにより、この発明による測位システム及び測位方法は、全ての航法衛星や、静止衛星や、準静止衛星からの信号を利用可能な測位システム及び測位方法とすることが出来る。
【００８３】
また、スードライトは、衛星の空間的分割を用いることにより、アメリカのＧＰＳ衛星に限らず、ロシアのＧＬＯＮＡＳＳやヨーロッパのＧＡＬＩＬＥＯ等の航法衛星からの信号や、アメリカのＷＡＡＳや日本のＭＳＡＳ、ヨーロッパのＥＧＮＯＳ等の静止衛星からの信号や、日本のＱＺＳＳ等の準静止衛星等からの信号を利用することが出来る。従って、スードライトが、これらの信号を受信した後再発信することにより、この発明による測位システム及び測位方法は、全ての航法衛星や、静止衛星や、準静止衛星からの信号を利用可能な測位システム及び測位方法とすることが出来る。
【００８４】
なお、移動基準局受信機４を配置していない場合、２基以上のローバー受信機５があれば、その内の１基のローバー受信機５に基準局としての機能を付加することにより、第２の中間基準局、即ち、移動基準局受信機４の代わりとすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】この発明の実施例を示す要部構成図である。
【図２】この発明の測位方法を示す概略フロー図である。
【図３】図１に示す固定基準局受信機３と移動基準局受信機４とローバー受信機５との位置関係を示す要部拡大図である。
【符号の説明】
【００８６】
１      ＲＴＫ測位システム
２      スードライト
３      固定基準局受信機
４      移動基準局受信機
５      ローバー受信機
６      利用者処理ユニット
７      データリンク
【図１】
2005083888.tif 000011
【図２】
2005083888.tif 000012
【図３】
2005083888.tif 000013