(57)【要約】【課題】  アンテナスワッピング法やＯＴＦによらずにキャリア位相の整数値バイアスを容易且つ速やかに決定する。また、方位や姿勢を検出する自立型のセンサによるドリフトの問題を解消して、物体や移動体の方位・姿勢を高精度に求める。【解決手段】  アンテナ１１，２１を設けた移動体１００の移動による測位用信号のキャリア位相変化量に基づき、所定周期のエポック間での受信点の変位量から移動体の進行方位α′を求め、その進行方位α′を移動体の前方方位に等しいものとみなし、移動体の進行方位α′とアンテナ１１，２１の移動体１００に対する位置関係からアンテナ方位β′を求める。さらに、アンテナ１１，２１による計算位相差を算出し、それを観測位相差で修正することによってキャリア位相の整数値バイアスを決定する。その後、アンテナ１１，２１の位置から移動体１００の絶対方位および姿勢を求める。【選択図】  図２
2005043212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の測位用送信機からの測位用信号を、第１・第２のアンテナでそれぞれ受信し、測位用信号のキャリア位相変化量に基づいて第１のアンテナに対する第２のアンテナの方位を観測するアンテナ方位観測ステップと、
第１のアンテナに対する第２のアンテナの方位、第１・第２のアンテナ間の距離、および測位用送信機の位置、から求まる計算上のキャリア位相差である計算位相差を算出するステップと、
第１・第２のアンテナで受信した前記測位用信号のキャリア位相差の小数部である観測位相差を求め、前記計算位相差の小数部が±０．５サイクルの範囲で前記観測位相差と一致するように前記計算位相差を修正し、該修正後の計算位相差を前記観測位相差の整数値バイアスとして決定するステップと、
を備えたキャリア位相整数値バイアス決定方法。
【請求項２】
前記アンテナ方位観測ステップは、第１・第２のアンテナ間距離が予め定めた距離になるまで、第１のアンテナを中心とする半径方向へ第２のアンテナが移動することによる前記測位用信号のキャリア位相変化量に基づいて第１のアンテナに対する第２のアンテナの方位を観測するものである請求項１に記載のキャリア位相整数値バイアス決定方法。
【請求項３】
第１・第２のアンテナは、略水平面を前後方向に進行する移動体に設けられていて、前記アンテナ方位観測ステップは、前記移動体の移動にともなう第１・第２のアンテナの移動による前記測位用信号のキャリア位相変化量に基づいて前記移動体の進行方位を観測し、該進行方位を移動体の前方方位と見なして、該移動体の前方方位と移動体に対する第１・第２のアンテナの取り付け位置関係から第１のアンテナに対する第２のアンテナの方位を観測するものである請求項１に記載のキャリア位相整数値バイアス決定方法。
【請求項４】
第１・第２のアンテナと、複数の測位用送信機からの測位用信号を、第１・第２のアンテナでそれぞれ受信し、測位用信号のキャリア位相変化量に基づいて第１のアンテナに対する第２のアンテナの方位を求めるアンテナ方位観測手段と、
第１のアンテナに対する第２のアンテナの方位、第１・第２のアンテナ間の距離、および測位用送信機の位置、から求まる計算上のキャリア位相差である計算位相差を算出し、第１・第２のアンテナで受信した前記測位用信号のキャリア位相差の小数部である観測位相差を求め、前記計算位相差の小数部が±０．５サイクルの範囲で前記観測位相差と一致するように前記計算位相差を修正し、該修正後の計算位相差を前記観測位相差の整数値バイアスとして決定する手段と、
を備えたキャリア位相整数値バイアス決定装置。
【請求項５】
請求項４に記載のキャリア位相整数値バイアス決定装置と、
該キャリア位相整数値バイアス決定装置で求められた整数値バイアスと前記観測位相差とから第１のアンテナに対する第２のアンテナの相対位置を求め、該相対位置から第１・第２のアンテナ間の方位または姿勢を求める手段と、
から成る方位・姿勢計測装置。
【請求項６】
前記第１・第２のアンテナ間距離が可変で且つ物体上での第１のアンテナに対する第２のアンテナの方位を一定にして当該第１・第２のアンテナを物体に取り付け、
前記アンテナ方位観測手段が、第１・第２のアンテナ間距離の変化による前記測位用信号のキャリア位相変化量に基づいて第１のアンテナに対する第２のアンテナの方位を観測し、該アンテナの方位から物体の方位または姿勢を計測するようにした請求項５に記載の方位・姿勢計測装置。
【請求項７】
前記第１・第２のアンテナを、略水平面を前後方向に進行する移動体に設け、
前記アンテナ方位観測手段が、前記移動体の移動にともなう第１・第２のアンテナの移動による前記測位用信号のキャリア位相変化量に基づいて前記移動体の進行方位を観測し、該進行方位を移動体の前方方位と見なして、該移動体の前方方位と移動体に対する第１・第２のアンテナの取り付け位置関係から第１のアンテナに対する第２のアンテナの方位を観測するものである請求項５に記載の方位・姿勢計測装置。
【請求項８】
請求項７に記載の方位・姿勢計測装置と、
前記移動体の目標方位を設定する手段と、求められた前記移動体の前方方位と前記目標方位との方位ずれ量を求める手段とを備えた移動体の方位・姿勢計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＧＰＳ衛星等の測位用信号を送信する送信機からの電波を受信してキャリアディファレンシャル測位を行う際のキャリア位相整数値バイアスを決定する方法、物体や移動体の方位・姿勢を計測する方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳを用いてキャリアディファレンシャル測位を行う際、先ず、キャリア位相の整数値バイアスを決定する必要があるが、電源投入後速やかに測位を行うためには、キャリア位相の整数値バイアスの決定に要する時間を如何に短縮化するかが要点となる。例えばキネマティック測位により測量を行う従来の測量機では、１０秒前後の観測で整数値バイアスを決定することのできるアンテナスワッピングという手法が採られている。
【０００３】
このアンテナスワッピングは、固定測量機のアンテナを移動測量機側のアンテナのポールと同じ長さのポールにつけかえて、これを参照地点に置くとともに、仮設点に移動測量機のアンテナを置き、数秒間観測した後、参照地点の固定測量機のアンテナと仮設点の移動測量機のアンテナとを交換し、やはり数秒間観測することによって、キャリア位相の整数値バイアスを決定するものである。すなわち、アンテナスワッピングによれば、アンテナの交換によって、固定測量機と移動測量機との間の基線の向きが逆転し、また、その交換に時間を要するため、アンテナ交換の前後で基線ベクトルに対する衛星の配置が違った形となり、多重解（キャリア位相整数値バイアスの候補点が３次元的格子点として与えられる解）の出方が変化する。そこで、アンテナを交換する前と後でのそれぞれの多重解のうち、一致する解を真の整数値バイアスとして決定するものである。
【０００４】
また、移動体上にＧＰＳアンテナを設け、基準局に対する移動体の位置をキャリアディファレンシャル測位する場合や、移動体上に複数のＧＰＳアンテナを設けておき、各ＧＰＳアンテナ間の相対位置をキャリアディファレンシャル測位して、移動体の方位や姿勢を計測する場合にはアンテナスワッピング法が使えないので、ＯＴＦ(On The Fly calibration)と呼ばれるキャリア位相の整数値バイアスを求めるための初期化処理が必須となる。
【０００５】
整数値バイアスを決定するのに用いられている一般的な方法は、正解の整数値バイアスを仮定し、その整数値の前後１〜５サイクル程度の整数値バイアスで得られる各候補位置のそれぞれについて残差を求め、それらのうち残差が最小となる候補位置を選びだし、それを正解とするものである。
【０００６】
ところで、従来、例えば田植え機やトラクタなどの農機を自動的に直進走行させるための装置として、予め定めた進行方位からの方位ずれが生じた場合に、そのずれを修正する方向に自動的にステアリング操作を行うようにした装置が開発されている。
【０００７】
上記方位ずれを検出するセンサとしては、振動している音叉によって角速度を検出する振動ジャイロが用いられている（非特許文献１参照。但し、非特許文献１中に記載されている、「ジャイロコンパス」なる用語は「振動ジャイロ」の誤りである。）
ところが、従来の振動ジャイロを用いた装置では、振動ジャイロのドリフト調整が困難であり、移動体の進行方位を精度良く求められず、誤差が累積するという問題があった。
【０００８】
そこで、振動ジャイロのような自立型センサを用いないで、前述のキャリアディファレンシャル測位を利用することが考えられる。
【非特許文献１】日本農業新聞 e農Net 営農情報館  “自動直進田植え機が登場" 、［平成１５年７月９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.nougyou-shimbun.ne.jp/farming/020325/shizai.html ＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、前記アンテナスワッピングによれば、固定測量機と移動測量機のアンテナを基準点と仮設点に対してそれぞれ正確に交換して配置しなければならず、煩雑な作業を伴うものであった。また、操作の誤りによって、固定測量機のアンテナの位置と移動測量機のアンテナの位置とが正確に入れ替わらない、という問題も生じ易いものであった。この操作誤りによって、もしキャリア位相の整数値バイアスの決定に失敗すると、以降の測量結果は全て台無しになってしまう。
【００１０】
また、前記ＯＴＦを行う際、ノイズの影響などによって残差が偶然に最小となる候補位置が生じる場合があるので、一定時間をかけて観測を継続し、平均化などの統計的手法を用いてノイズによる影響を受けないようにする必要がある。そのため、従来は１５〜３０分程度の観測を継続して、多数の候補位置のうち残差が最小となる候補位置を最終的に選び出すことになる。従って電源投入後１５〜３０分が経過するまで移動体の最初の精密な測位結果が得られず、所定の作業が直ちに行えないという問題があった。
【００１１】
なお、単独測位を行うＧＰＳ受信機で、ＧＰＳ衛星からの受信信号のドップラ成分を検出して受信点の三次元方向の移動速度を検出することによって移動体の進行方位を計測する方法もあるが、例えば田植え機などを直進させるための情報としてはその精度が不十分であった。
【００１２】
この発明の目的は、上記の問題点を解消して、キャリア位相の整数値バイアスを容易且つ速やかに決定できるようにした、キャリア位相整数値バイアス決定方法および装置を提供することにある。
【００１３】
この発明の他の目的は、ある物体や移動体の方位・姿勢を検出する際に自立型のセンサによるドリフトの問題を解消するとともに、物体や移動体の方位・姿勢を高精度に計測するようにした方位・姿勢計測方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明は、複数の測位用送信機からの測位用信号を、第１・第２のアンテナでそれぞれ受信し、測位用信号のキャリア位相変化量に基づいて第１のアンテナに対する第２のアンテナの方位を観測し、第１のアンテナに対する第２のアンテナの方位、第１・第２のアンテナ間の距離、および測位用送信機の位置、から求まる計算上のキャリア位相差である計算位相差を算出し、第１・第２のアンテナで受信した前記測位用信号のキャリア位相差の小数部である観測位相差を求め、前記計算位相差の小数部が±０．５サイクルの範囲で前記観測位相差と一致するように前記計算位相差を修正し、該修正後の計算位相差を前記観測位相差の整数値バイアスとして決定することを特徴としている。
【００１５】
上記第１のアンテナに対する第２のアンテナの方位を観測する１つの方法として、第１・第２のアンテナ間距離が予め定めた距離になるまで、第１のアンテナを中心とする半径方向へ第２のアンテナが移動することによる前記測位用信号のキャリア位相変化量に基づいて観測する。
【００１６】
また、第１・第２のアンテナを、略水平面を前後方向に進行する移動体に設け、移動体の移動にともなう第１・第２のアンテナの移動による測位用信号のキャリア位相変化量に基づいて移動体の進行方位を観測し、該進行方位を移動体の前方方位と見なして、該移動体の前方方位と移動体に対する第１・第２のアンテナの取り付け位置関係から第１のアンテナに対する第２のアンテナの方位を観測する。
【００１７】
ここで、キャリア位相整数値バイアスの決定を行うとともに第１・第２のアンテナ間方位を求め、さらに移動体の方位・姿勢を計測する原理について図１・図２を基に説明する。
図１において、（Ａ）は第１のアンテナ１１と第２のアンテナ２１を備える物体１０１が前方方位αを向いて静止している状態を示している。第１のアンテナ１１は位置Ｐａにあり、第２のアンテナ２１は位置Ｐｂ１からＰｂ２まで移動する。この位置Ｐａ，Ｐｂ１，Ｐｂ２は直線上にあり、Ｐａ−Ｐｂ２間の距離は既知である。第２のアンテナ２１の移動開始位置Ｐｂ１は任意である。
【００１８】
（Ｂ）はこの２つのアンテナの位置関係についてのみ示している。このように第１・第２のアンテナ間距離が予め定めた距離になるまで、第１のアンテナ１１を中心とする半径ｒ方向へ第２のアンテナ２１が移動する。
【００１９】
第１のアンテナ１１に対する第２のアンテナ２１の移動方向（アンテナ方位β）は、測位用信号のキャリア位相変化量に基づいて求める。
【００２０】
一方、Ｐａ−Ｐｂ２間の距離は予め定めておけるので、第２のアンテナ２１がＰｂ２に達した状態で、上記アンテナ方位βと２つのアンテナ間の距離ｒとに基づいて、２つのアンテナ１１，２１を受信点とするキャリア位相の計算位相差を求める。そして、この計算位相差の小数部が±０．５サイクルの範囲で観測位相差と一致するように計算位相差を修正することによって整数値バイアスを決定する。
【００２１】
このようにして整数値バイアスを決定した後は、第１のアンテナ１１に対する第２のアンテナ２１の３次元のアンテナ方位が絶対方位として求まるので、物体１０１の前方に対するアンテナ１１，２１の取り付け方向をＫとすると、移動体の前方方位αは、α＝β−Ｋとして求まる。
【００２２】
なお、第１・第２のアンテナ間の距離が所定距離となる状態があれば、第２のアンテナ２１の移動方向は、（Ｃ）に示すように、第１のアンテナ１１に近づく方向であってもよい。
【００２３】
図２は、アンテナ間距離を固定して第１・第２のアンテナ１１，２１を移動体１００に設けた例である。アンテナ１１，２１はそれぞれ、２つのアンテナを結ぶ直線が移動体１００の前後方向に対し直角で且つ移動体１００が走行する地面に平行な向きとなるように配置している。この図２において移動体１００が１００′で示す位置から１００で示す位置まで進行している時、移動体の前方方位αはその進行方位α′とほぼ一致している。
【００２４】
移動体１００の進行方位α′は、測位用信号のキャリア位相変化量に基づいて求める。
【００２５】
ここで移動体１００に対するアンテナ１１，２１の取り付け位置は予め定めておけるので、移動体１００に対するアンテナ１１，２１の位置関係は既知である。移動体１００の前方に対するアンテナ１１，２１の取り付け方向をＫとすると、移動体１００に対するアンテナ方位β′は、β′＝α′＋Ｋとして求める。
【００２６】
また上記アンテナ方位β′とアンテナ１１，２１間の距離および測位用送信機の位置から上記２つのアンテナ１１，２１を受信点とするキャリア位相の計算位相差を求める。そして、この計算位相差の小数部が±０．５サイクルの範囲で観測位相差と一致するように計算位相差を修正することによって整数値バイアスを決定する。
【００２７】
このようにして整数値バイアスを決定した後は、一方のアンテナ１１に対する他方のアンテナ２１の絶対方位βが分かるので、このアンテナの絶対方位βと移動体に対するアンテナの位置関係から移動体の絶対方位αを、α＝β−Ｋとして求める。
【００２８】
図１・図２に示した例では、物体や移動体の方位を計測するようにしたが、第１・第２のアンテナ１１，２１の物体や移動体への取り付け位置は既知であるので、同様にして第１のアンテナ１１に対する第２のアンテナ２１の方位から物体や移動体の姿勢を計測できる。
【発明の効果】
【００２９】
この発明によれば、アンテナスワッピング等の特別な操作が不要であるので、操作の誤りによる整数値バイアスの決定の失敗がない。また、ＯＴＦも不要であるので、キャリア位相の整数バイアスをごく短時間に決定でき、操作開始直後からキャリアディファレンシャル測位を行うことができる。
【００３０】
また、この発明によれば、第１・第２のアンテナ間距離が予め定めた距離になるまで、第１のアンテナを中心とする半径方向へ第２のアンテナが移動することによる測位用信号のキャリア位相変化量に基づいて第１のアンテナに対する第２のアンテナの方位（アンテナ方位）を観測するようにしたことによって、例えば第１のアンテナが固定し、第２のアンテナを移動させる利用形態でアンテナ方位を容易に求めることができる。
【００３１】
また、この発明によれば、第１・第２のアンテナを、略水平面を前後方向に進行する移動体に設け、移動体の移動にともなう第１・第２のアンテナの移動による測位用信号のキャリア位相変化量に基づいて移動体の進行方位を観測し、該進行方位を移動体の前方方位と見なして、該移動体の前方方位と移動体に対する第１・第２のアンテナの取り付け位置関係から第１のアンテナに対する第２のアンテナの方位を観測するようにしたことによって、例えば第１・第２のアンテナが移動体と共に移動するような場合に、特別な操作をなんら行うことなく、アンテナ方位を容易に求めることができる。
【００３２】
また、その際、キャリア位相の変化量で移動体の進行方位を検出できる程度に移動体を所定方位へわずかに進行させるだけで、移動体の前方方位を絶対方位として求めることができるので、自立型の方位センサを用いる場合のドリフトの問題がなく、長時間・長距離にわたって、移動体を所定方位へ進行させることができる。
また、移動体の姿勢についてもドリフトなく計測できるため、移動体を所定の姿勢に保つための制御が容易となる。
【００３３】
また、この発明によれば、移動体の目標方位を設定して、移動体の実際の前方方位と目標方位とのずれを求めるようにしたので、移動体を所定方位へ進行させる場合の制御が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図３は第１の実施形態に係る物体の方位・姿勢計測装置の構成を示すブロック図である。図３において、ＧＰＳアンテナ１１，２１はそれぞれ図１に示したように、２つのアンテナを結ぶ直線が物体１０１の前後方向に対し直角で且つ地面に略平行な向きとなるように配置している。
【００３５】
ダウンコンバータ１２，２２は、基準周波数信号を発生する基準発振器と、その基準周波数信号とのミキシングにより周波数変換し、さらに所定ビット数のディジタルデータに変換する、ミキサ、アンプ、フィルタおよびＡ／Ｄコンバータ等を含む。
【００３６】
受信信号処理部１３，２３は、Ｃ／Ａコード発生器、そのコード位相を数値制御するコードＮＣＯ、所定のコード位相のずれを有する３つのＣ／Ａコードと入力信号とを乗算し、それらの値をそれぞれ積分することによって相関を求める相関器を備えている。また、受信信号処理部１３，２３は、位相が０°と９０°のキャリア信号を発生するキャリアＮＣＯ、このキャリア信号と入力信号との乗算を行い、それぞれの結果を積分することによって相関を求める相関器を備えている。また、受信信号処理部１３，２３は、入力信号のキャリア位相の修正量（追尾量）を積算カウントする位相カウンタを備えていて、これによりキャリア位相を求めるとともに、その追尾を行う。
時計回路（リアルタイムクロック）１４，２４は現在時刻をカウントする。
【００３７】
マイクロプロセッサ１５，２５は受信信号処理部１３，２３で求められたコード位相に関する相関値からコードＮＣＯの位相を制御し、キャリア位相に関する相関値からキャリアＮＣＯの周波数を制御することによって、コード位相およびキャリア位相の追尾を行う。また、上記位相カウンタのカウント値を読み取って、観測周期における波長の端数に相当する位相角を含めた波数の変化分（キャリア位相変化量ＤＲ）を求める。
【００３８】
インタフェース１６，２６は受信部５１，５２で求めたキャリア位相に関するデータを含む各種情報を制御部６０へ与える。制御部６０のプロセッサ３５はインタフェース３６を介して上記受信部５１，５２からのデータを読み取り、物体の方位・姿勢を計測する。
【００３９】
なお、インタフェース３７は、物体に備えているアクチュエータ等を制御することによって第２のアンテナ２１を変位させる。また、入出力パネル３８は物体の前方方位や姿勢を出力する。
【００４０】
図４は、図１に示した構成で、物体１０１の前方方位αを計測する際の制御部６０の処理手順を示すフローチャートである。
まず、第２のアンテナ２１を用いてキャリア位相の観測値Ｒを求める。続いて、前回観測時（第２のアンテナ２１がＰｂ１にあったとき）のキャリア位相Ｒ０から今回観測時（第２のアンテナ２１がＰｂ２に達したとき）のキャリア位相Ｒへの変化量をキャリア位相変化量ＤＲとして求める（ｓ１→ｓ２）。
【００４１】
次に，衛星の移動によって生じるキャリア位相の変化量ＤＲａを算出する（ｓ３）。具体的には、前回観測時の衛星の位置、今回観測時の衛星の位置、および第２のアンテナ２１の概略位置（物体１０１の概略位置）から逆算する。この概略位置は単独測位によって求める。
また、衛星が備える基準発振器のドリフトによるキャリア位相の変化量ＤＲｂを航法メッセージ中のＧＰＳ時刻補正係数から算出する。（ｓ４）。
【００４２】
続いて、上記キャリア位相変化量ＤＲから、衛星移動によるキャリア位相変化量ＤＲａと衛星の基準発振器のドリフトによるキャリア位相の変化量ＤＲｂとを差し引いて、第２のアンテナの変位に伴うキャリア位相の変化量ＤＲ′を求める（ｓ５）。
【００４３】
その後、４つ以上の各衛星についてそれぞれ求めたＤＲ′と各衛星の位置とから、各衛星から受信点までの距離変化をそれぞれ求め、これらの距離変化と、第２のアンテナから各衛星への方向余弦とから方程式を立て、第２のアンテナ２１の３次元方向の変位量を求める（ｓ６）。すなわち、方向余弦の逆行列と、第２のアンテナ２１−衛星間の距離変化量の行列との積で求める。
【００４４】
そして、この第２のアンテナ２１の３次元方向の変位量を基にして、第１のアンテナ１１に対する第２のアンテナ２１の方位β′を求める（ｓ７）。
【００４５】
図５はアンテナ方位β′を求めた後の処理手順を示している。まず、第１・第２のアンテナで観測したキャリア位相から観測二重差を求める（ｓ１１）。すなわち第１のアンテナを用い、ある１つの衛星を基準衛星とし、他の衛星との組でそれぞれの観測したキャリア位相の差を衛星間一重差として求め、第２のアンテナを用い、同じ衛星の組について同様にして衛星間一重差を求め、この２つの衛星間一重差の差を観測二重差として求める。
【００４６】
次に、第１のアンテナ１１に対する第２のアンテナ２１の方位β′から、物体１０１の前方方位α′を求める（ｓ１２）。すなわち、物体１０１の前方に対するアンテナ１１，２１の取り付け方向をＫとすると、α′＝β′−Ｋの演算によって求める。
【００４７】
続いて、アンテナ方位β′、アンテナ１１−２１間の距離ｒ、単独測位により求めたアンテナ１１または２１の概略位置、および上記観測二重差を求めた際に用いた衛星の位置に基づいて第１・第２のアンテナ１１，２１間の計算二重差を求める（ｓ１３）。その後、計算二重差を観測二重差で修正することによって整数値バイアスを求める（ｓ１４）。例えば、計算二重差が１２３．９０であり、観測二重差が０．８０であれば、計算二重差の小数部が±０．５サイクルの範囲で観測二重差と一致するように、計算二重差の整数部１２３を、そのまま二重差の整数値バイアスとして決定する。これにより、整数部を含めた観測二重差を１２３．８０とする。
【００４８】
また、例えば、計算二重差が１２３．９０であり、観測二重差が０．１０であれば、計算二重差の小数部が±０．５サイクルの範囲で観測二重差と一致するように、整数値バイアスを１２４と決定し、整数部を含めた観測二重差を１２４．１０とする。
このようにして、従来ＯＴＦで必要であった整数値バイアスの初期化処理を何ら行うことなく直ちに整数値バイアスを求めることができる。
【００４９】
整数値バイアスが求まれば、第１のアンテナ１１から第２のアンテナ２１を見た３次元のアンテナ方位が絶対方位として求まる。この３次元のアンテナ方位の水平面での方位をβとすると、α＝β−Ｋから、物体１０１の前方方位αを求める。また、前方方位αの軸回りの変位角（前方方位αに直交する面内の変位角）をローリング角として求める（ｓ１５）。
【００５０】
次に第２の実施形態に係る移動体の方位・姿勢計測装置について示す。この第２の実施形態では、図２に示した移動体１００の方位・姿勢を計測する。ハードウエアの基本的な構成は第１の実施形態の場合と同様である。但し、移動体の場合、図３に示したアクチュエータは、移動体の進行方位や姿勢を制御するためにステアリングを操舵する。また、入出力パネル３８は、移動体の目標方位の指示や、その目標方位からのずれ量を表示するために用いる。プロセッサ３５は入出力パネル３８からその操作内容を読み取り、目標方位からのずれ量を入出力パネル３８へ出力する。
【００５１】
図８は制御部６０の処理手順を示すフローチャートである。この図８に示した処理内容のうち、ステップｓ２１〜ｓ２５の処理は、第１の実施形態で図４に示したステップｓ１〜ｓ５の処理内容と基本的に同じである。但し、この図８に示す処理は所定の観測周期におけるエポック毎に実行する。したがって、ｓ２２では前回エポックでのキャリア位相Ｒ０から今回エポックでのキャリア位相Ｒへの変化量をキャリア位相変化量ＤＲとして求める。
【００５２】
ステップｓ２６では、第１・第２のアンテナ１１，２１の３次元方向の変位量すなわち移動体１００の変位量を求める。
そして、このエポック間での移動体１００の変位量を記憶する（ｓ２７）。
【００５３】
図７はそのエポック間の経度方向の変位量の記憶例を示している。ここで横軸は経過時間、黒丸は０．２秒周期のエポックのタイミングをそれぞれ示している。Ｅ0 は最新のエポック、Ｅ-1はそれより０．２秒過去のエポック、Ｅ-2はそれより更に０．２秒過去のエポックである。このような各エポック間の変位量を、所定距離分（所定の積算変位量分）または所定時間に亘って、経度（東西）方向、緯度（南北）方向、高さ（上下）方向のそれぞれについてテーブルとして記憶する。
図７の例では、エポックＥ-1からＥ0 まで２５ｃｍ変位している。また例えばエポックＥ-5からＥ0 まで積算変位量として１０１ｃｍ変位している。
【００５４】
このようにしてエポック毎にエポック間の変位量を順次記憶したテーブルを基に、最新のエポックから所定距離分または所定時間分戻った時点に最も近いエポックの位置を参照位置として求め、その参照位置から最新のエポックにおける位置への方位を求める。
【００５５】
例えば受信点が３．６ｋｍ／ｈ（＝１ｍ／ｓ）で移動すれば、前述の方法で、約１度（±０．５度）の精度で方位計測が可能である。この精度は、１ｍ進む毎に約２ｃｍ（±１ｃｍ）の誤差に相当し、後の整数値バイアスを求めるための精度±０．５サイクルの範囲内であり、充分である。
【００５６】
図９は方位・姿勢計測装置の処理手順を示すフローチャートである。まず、最新エポックの位置から積算変位量が所定長になるまで戻った時点に最も近いエポックを検出する（ｓ３１）。例えばこの所定長を１ｍとすれば、図４の例ではエポックＥ0 からＥ-5までの積算変位量が１０１ｃｍであるので、Ｅ-5を検出する。
【００５７】
次に、そのエポックにおける位置から最新のエポックＥ0 における位置を向く方位を求める（ｓ３２）。すなわち、図４に示した例では、エポックＥ-5における位置から最新のエポックＥ0 における位置まで、経度方向の積算変位量が１０１ｃｍである。これと同様にして求めた緯度方向および高さ方向のエポックＥ-5における位置からＥ0 における位置までの積算変位量に基づいて、エポックＥ-5における三次元位置からエポックＥ0 における三次元位置への三次元方位を求める。そして、例えば北を基準とした二次元の（水平面上の）方位データを求め、それを出力する（ｓ３３）。
【００５８】
なお、最新のエポックから所定時間分戻ったエポックにおける位置を参照位置としても良い。例えば最新エポックＥ0 からエポックの５周期分過去のＥ-5における位置を参照位置として定めても良い。
【００５９】
図６はエポック毎に求められる方位計測結果の例を示している。ここで黒丸は各エポックでの受信点の二次元平面上の位置、矢印は各エポックで求められた参照位置から現在位置への方位を示している。（Ａ）に示す例では、最新エポックＥ0 から５つ戻ったエポックＥ-5における位置を参照位置としている。すなわち、Ｄ0 はエポックＥ0 で求めた最新の方位、Ｄ-1はエポックＥ-1で求めた方位、Ｄ-2はエポックＥ-2で求めた方位である。このようにエポック周期毎に方位データを求める。
【００６０】
（Ｂ）は参照位置を変化させた時に得られる方位計測結果の変化の例を示している。ここで、各黒丸は、それらに付したエポック（Ｅ0 ，Ｅ-1，Ｅ-2，・・・）における位置である。矢印は、参照位置から最新エポックＥ0 における位置への方位を示している。
【００６１】
このように、最新エポックにおける位置からどれだけの距離分またはどれだけの時間分戻った位置を参照位置にするかによって、方位計測結果は異なったものとなるが、後の整数値バイアスを決定するのに必要な精度で移動体の進行方位が求まりさえすればよい。
【００６２】
図１０・図１１は移動体の進行方位を求めた後の処理手順を示している。
まず第１・第２のアンテナで観測したキャリア位相から観測二重差を求める（ｓ４１）。すなわち第１のアンテナ１１を用い、ある１つの衛星を基準衛星とし、他の衛星との組でそれぞれの観測したキャリア位相の差を衛星間一重差として求め、第２のアンテナ２１を用い、同じ衛星の組について同様にして衛星間一重差を求め、この２つの衛星間一重差の差を観測二重差として求める。
【００６３】
次に、移動体１００の進行方位α′を移動体の前方方位と見なし、移動体の進行方位α′とその移動体に対する２つのアンテナの位置関係から、第１のアンテナ１１に対する第２のアンテナ２１の方位β′を求める（ｓ４２）。すなわち、移動体１００の前方に対するアンテナ１１，２１の取り付け方向をＫとすると、β′＝α′＋Ｋの演算によって求める。
【００６４】
続いて、アンテナ方位β′、アンテナ１１−２１間の距離、単独測位により求めたアンテナ１１または２１の概略位置、および上記観測二重差を求めた際に用いた衛星の位置に基づいて２つのアンテナ１１，２１間の計算二重差を求める（ｓ４３）。その後、計算二重差を観測二重差で修正することによって整数値バイアスを求める（ｓ４４）。
【００６５】
このようにして、整数値バイアスが求まれば、第１のアンテナ１１から第２のアンテナ２１を見た３次元のアンテナ方位が絶対方位として求まる。この３次元のアンテナ方位の水平面での方位をβとすると、α＝β−Ｋから、移動体１００の前方方位αを求める。また、前方方位αの軸回りの方位をローリング角として求める（ｓ４５）。
【００６６】
図１１は移動体を所定方位に沿って走行させるための処理について示している。まず制御部６０の入出力パネル３８に設けられている目標方位設定ボタンの操作が行われたなら、その時点での移動体の前方方位αを目標方位αｏとして記憶する（ｓ５１→ｓ５２）。
【００６７】
そして現在の移動体の前方方位αと、設定された目標方位αｏとのずれを方位ずれ量として求め、出力する（ｓ５３→ｓ５４）。また、その方位ずれ量が減少するようにアクチュエータ等に対する制御信号を出力する（ｓ５５）。
【００６８】
例えば田植え機であれば、最初１秒程度走行するだけで整数値バイアスが決定でき、アンテナ１１，２１間の相対位置が求まる。また数メートル（数秒）走行して所定方位を向いている状態で上記目標方位設定ボタンを操作することによって、それ以降は田植え機がその目標方位へ走行するように自動的にステアリング操作されることになる。
【００６９】
なお、以上に示した実施形態では、２つのアンテナを移動体の左右方向に配置したが、移動体の前方に対するアンテナの取り付け方向Ｋは９０°や１８０°に限られるものではなく任意である。また、以上に示した例ではローリング角を出力するようにしたが、移動体の前方方向の直線と鉛直線とを含む平面内の回転角であるピッチング角を求めることもできる。但し、Ｋ＝９０°とすれば、移動体のローリング量を最も高精度に計測することができ、Ｋ＝１８０°とすれば、移動体のピッチング量を最も精度良く計測できる。
【００７０】
また２つのアンテナ１１，２１の水平面からの高さについても同一である必要はない。アンテナ１１，２１の移動体に対する相対的な位置が既知であればよい。
【００７１】
なお、上記ローリング等の移動体の姿勢に関する情報は、例えばトラクターを傾斜地から水平地へ脱出させる場合に、左右および前後の車輪のクラッチまたはブレーキの制御を行うために利用できる。すなわち、ローリング量が減少する方向に上記各部の制御をフィードバック制御により行えば良い。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】物体に設けた２つのアンテナの位置関係と、アンテナ間のアンテナ方位を観測する処理を示す図
【図２】移動体の進行方位、移動体の前方方位、アンテナ方位の関係を示す図
【図３】方位・姿勢計測装置の構成を示すブロック図
【図４】第１の実施形態に係る方位・姿勢計測装置でのアンテナ方位を観測する処理手順を示すフローチャート
【図５】同装置でのキャリア位相整数値バイアスの決定および方位・姿勢の計測処理の手順を示すフローチャート
【図６】第２の実施形態に係る方位・姿勢計測装置での移動体の移動に伴う進行方位の変化の例を示す図
【図７】同装置での各エポック間の変位量の例を示す図
【図８】同装置での移動体の進行方位を観測する処理手順を示すフローチャート
【図９】同装置での移動体の進行方位を観測する処理手順を示すフローチャート
【図１０】同装置でのキャリア位相整数値バイアスの決定および方位・姿勢の計測処理の手順を示すフローチャート
【図１１】移動体を目標方位へ進行させるための処理手順を示すフローチャート
【符号の説明】
【００７３】
１１，２１−アンテナ
１２，２２−ダウンコンバータ
５１，５２−受信部
６０−制御部
１００−移動体
１０１−物体
α′−移動体の進行方位
α−前方方位
β，β′−アンテナ方位
Ｋ−前方に対するアンテナの取り付け方向
【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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