(57)【要約】【課題】測位衛星からの信号が途絶した場合でもより誤差の生じ難い自立航法による測位方法等を得る。【解決手段】地球の周りの衛星軌道上を周回する４機以上の測位衛星からの搬送波位相信号を含む測位信号を測位対象の移動体で受信すると共に、地球上の位置が既知の基準局で受けた前記測位信号を前記基準局から受信して、移動体の測位を行う自立航法による測位方法であって、測位衛星からの搬送波位相信号の途絶を検出し、搬送波位相信号を受信している時には、搬送波位相積算値から求める基準局に対する移動体の基線ベクトルに基づき移動体の位置を計算すると共に基線ベクトルの変化分である三重差に従って速度ベクトルを計算し位置とともに記録し、搬送波位相信号が途絶した時には、途絶直前に計算し記録した位置と速度ベクトルを用いて移動体の位置を外挿計算する。【選択図】図１
2016014582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地球の周りの衛星軌道上を周回する４機以上の測位衛星からの搬送波位相信号を含む測位信号を測位対象の移動体で受信すると共に、地球上の位置が既知の基準局で受けた前記測位信号を前記基準局から受信して、前記移動体の測位を行う自立航法による測位方法であって、
前記測位衛星からの前記搬送波位相信号の途絶を検出し、
前記搬送波位相信号を受信している時には、搬送波位相積算値から求める前記基準局に対する前記移動体の基線ベクトルに基づき前記移動体の位置を計算すると共に前記基線ベクトルの変化分である三重差に従って速度ベクトルを計算し前記位置とともに記録しておき、
前記搬送波位相信号が途絶した時には、途絶直前に計算し記録しておいた前記位置と速度ベクトルを用いて前記移動体の位置を外挿計算する、
自立航法による測位方法。
【請求項２】
途絶直前に計算し記録しておいた前記速度ベクトルを、前記移動体に搭載されて前記移動体の運動変化を検出する運動センサからの運動変化に応じて補正する、請求項１に記載の自立航法による測位方法。
【請求項３】
地球の周りの衛星軌道上を周回する４機以上の測位衛星からの搬送波位相信号を含む測位信号を測位対象の移動体で受信すると共に、地球上の位置が既知の基準局で受けた前記測位信号を前記基準局から受信して、前記移動体の測位を行う自立航法による測位システムであって、
前記測位衛星からの前記測位信号を受信する移動体測位信号受信機と、
前記基準局からの基準局で受けた前記測位信号を受信する基準局データ受信機と、
前記測位衛星からの前記搬送波位相信号の途絶を検出し、前記搬送波位相信号を受信している時には、前記搬送波位相信号から求める前記基準局に対する前記移動体の基線ベクトルに基づき前記移動体の位置を計算すると共に前記基線ベクトルの変化分である三重差に従って速度ベクトルを計算し前記位置とともに記録し、前記搬送波位相信号が途絶した時には、途絶直前に計算し記録しておいた前記位置と速度ベクトルを用いて前記移動体の位置を外挿計算する測位演算部と、
を備えた自立航法による測位システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、測位衛星からの搬送波位相信号を利用し、搬送波位相信号が比較的短時間途絶した場合でも車両等からなる移動体の自己位置を高精度に計算する自立航法による測位方法等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば下記特許文献１に示された従来の測位衛星からの搬送波位相信号を利用した測位方法では、移動体である車両が陸橋やトンネルの通過中に信号が比較的短時間途絶した場合、衛星測位も中断することから、途絶中や途絶終了直後も車両の位置を継続的に計算するために、途絶中の搬送波位相積算値を途絶前の値から外挿計算して模擬的に衛星測位を行い位置を計算している。
【０００３】
下記特許文献１では図５に示すように、概略、測定ステップＳ１で測位衛星からの信号を受信する。受信中断検出ステップＳ２で信号の受信中断を検出する。中断が検出されなかった場合は、記録ステップＳ３でサイクルスリップを含まない信号を記録する。中断が検出された場合は、補正ステップＳ４でサイクルスリップ(信号の途絶)を補正した上で記録ステップＳ３に記録する。
【０００４】
補正ステップＳ４における搬送波位相積算値の補正例を図６に示す。縦軸が搬送波位相積算値で横軸が時間軸である。Δｔの時間帯に受信の途絶が発生して搬送波位相積算値はサイクルスリップを起こしているが、途絶中の搬送波位相積算値を途絶前の搬送波位相積算値時刻歴から外挿計算している。記録ステップＳ３で記録されたサイクルスリップ補正済の搬送波位相積算値から、一重位相差算出ステップＳ６、二重位相差算出ステップＳ７を経て二重差を計算する。座標算出ステップＳ８では未知点の位置を計算し、Ｓ９で計算結果を表示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１９０７６９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Pratap Misra and Per Enge原著、「精説 ＧＰＳ、基本概念・測位原理・信号と受信機」、改訂第２版、測位航法学会訳、松香堂書店、222-235頁、２０１０年４月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば測位衛星として代表的なＧＰＳ(Global Positioning System)の場合(例えば上記非特許文献１等参照)、円軌道を飛行する衛星は、地表の固定点から見ると水平線から上昇し、上空を通過し、水平線に沈む。静止した受信機で受信すると、測位衛星と受信機の距離を表す搬送波位相積算値の時間変化は概ね下に凸の曲線を描く。車両等の移動体に搭載された受信機においては、車両等の位置変化の影響も受けるため、曲線の形状は更に複雑に変化する。従って、途絶中の搬送波位相積算値の途絶前の値からの外挿計算は誤差を生じ易く、必然的に外挿値に基づく模擬的な衛星測位も誤差を生じ易いという課題があった。
【０００８】
この発明は上記の課題を解消するためになされたもので、測位衛星からの信号が途絶した場合でも、より誤差の生じ難い自立航法による測位方法等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】
【０００９】
この発明は、地球の周りの衛星軌道上を周回する４機以上の測位衛星からの搬送波位相信号を含む測位信号を測位対象の移動体で受信すると共に、地球上の位置が既知の基準局で受けた前記測位信号を前記基準局から受信して、前記移動体の測位を行う自立航法による測位方法であって、前記測位衛星からの前記搬送波位相信号の途絶を検出し、前記搬送波位相信号を受信している時には、搬送波位相積算値から求める前記基準局に対する前記移動体の基線ベクトルに基づき前記移動体の位置を計算すると共に前記基線ベクトルの変化分である三重差に従って速度ベクトルを計算し前記位置とともに記録しておき、前記搬送波位相信号が途絶した時には、途絶直前に計算し記録しておいた前記位置と速度ベクトルを用いて前記移動体の位置を外挿計算する、自立航法による測位方法等にある。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、測位衛星からの信号が途絶した場合でも、より誤差の生じ難い自立航法による測位方法等を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明による自立航法による測位システムを含む衛星測位システムの概略構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１による自立航法による測位システムにおける測位演算部で行われる処理手順を示すフローチャート兼、測位演算部の機能ブロックを示した図である。
【図３】搬送波位相積算値の一重差と基線ベクトルの関係を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２による自立航法による測位システムにおける測位演算部で行われる処理手順を示すフローチャート兼、測位演算部の機能ブロックを示した図である。
【図５】従来の自立航法による測位方法の一例を説明するための図である。
【図６】従来の搬送波位相積算値の補正の一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
最初に、この発明に関わる自立航法による測位方法等では、測位衛星からの搬送波位相信号の途絶を検出する工程、途絶前の二重差から計算された基準局から移動体(例えば車両)までの基線ベクトルとしての位置および途絶前の三重差から計算された速度ベクトルを記録する工程、途絶前に記録された位置／速度ベクトルから途絶後の位置を計算する工程を備えた。
またさらに、記録された速度ベクトルを車両搭載運動センサから得られる車両搭載運動センサ情報に基づき補正する工程を備えた。
【００１３】
これにより、車両等の速度ベクトルは途絶前から比較的短時間の途絶中も概略一定値と考えられ、途絶前の搬送波位相積算値から三重差を経て計算された高精度の速度ベクトルを用いて車両等の位置を計算するため、誤差を生じ難い。
また、途絶中の車両の増減速や進路変更による速度ベクトル変化を補正して位置を計算するため、誤差を生じ難い。
【００１４】
なお、ＧＰＳに関する搬送波位相測定値と高精度測位について、上述の非特許文献１の２２２−２２５頁に、三重差分(三重差)計算について同２２５−２３５頁に、二重差分(二重差)計算の説明と二重差分と基線ベクトルの関係について同２３０−２３３頁に示されている。
【００１５】
以下、この発明による自立航法による測位方法等を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
なお以下では車両の測位を例に挙げて説明するが、この発明による自立航法による測位方法等では、測定対象は車両に限定されず、少なくとも測位衛星からの搬送波位相信号を受信する測位信号受信機を搭載可能な移動体であれば実施可能である。
【００１６】
実施の形態１．
図１はこの発明による自立航法による測位システムを含む衛星測位システムの概略構成を示す図である。地球の周りの衛星軌道上を周回する例えば４機(４機または４機以上)の測位衛星９からの搬送波位相信号を含む測位信号は、車両２の車両(移動体)測位信号受信機１と、地球上の予め定められた位置にある基準局１０の基準局測位信号受信機７で受信される。基準局測位信号受信機７で受信された測位信号は、基準局１０の基準局データ送信機８で車両２に送信され、車両２に搭載された基準局データ受信機４で受信される。車両測位信号受信機１で受信した測位信号と基準局測位信号受信機７で受信された測位信号は測位演算部３に入力され、車両２の位置の計算結果は表示器５に表示される。
【００１７】
ここで車両２には少なくとも車両測位信号受信機１が搭載されていればよく、測位演算部３、基準局データ受信機４、表示器５は車両２上になくても構成可能である。また、基準局１０においても、基準局測位信号受信機７が基準局１０にあれば基準局データ送信機８は基準局１０になくても構成可能である。例えば、有線／無線通信を行う構成とすることができる。
また測位衛星９からの測位信号は搬送波位相信号の他に、後述するコード擬似距離、測位衛星軌道情報等を含む。
【００１８】
図２はこの発明の実施の形態１による自立航法による測位システムにおける測位演算部で行われる処理手順を示すフローチャート兼、測位演算部の機能ブロックを示した図である。以下、測位システムの特に測位演算部３での処理動作を説明する。
【００１９】
受信ステップ(受信部：以下同様)Ｓ１で測位衛星９からの測位信号が受信される。受信途絶検出ステップＳ２により測位衛星９からの搬送波位相信号に途絶(サイクルスリップ)が生じたか否かを検出する。
【００２０】
途絶が検出されなかった場合は、測位衛星９から受信した搬送波位相信号の搬送波位相積算値と、基準局１０から送られて来た基準局１０での搬送波位相信号の搬送波位相積算値を用いて、二重差計算ステップＳ３で、基準局測位信号受信機７に対する車両測位信号受信機１の二重差を計算する。並行して、測位衛星９から受信したコード擬似距離を用いて概略位置計算ステップＳ１０により概略位置を計算し、さらに計算した概略位置と測位衛星９からの車両測位信号受信機１で受信した測位衛星軌道情報に基づき、デザイン行列計算ステップＳ１１でデザイン行列を計算する。そして、デザイン行列と二重差から基線ベクトル計算ステップＳ４で基線ベクトルを計算する。位置計算ステップＳ５では、基準局１０の位置(例えば図示省略した記憶部に予め格納されている：位置／速度ベクトル記録部(Ｓ８)を共有してもよい)に基線ベクトルを加算して車両２の位置を計算する。
【００２１】
また、三重差計算ステップＳ６により二重差計算ステップＳ３で計算された二重差から三重差を計算し、速度ベクトル計算ステップＳ７では、デザイン行列計算ステップＳ１１で計算されたデザイン行列を用いて三重差から速度ベクトルを計算する。そして位置計算ステップＳ５で計算された位置と、速度ベクトル計算ステップＳ７で計算された速度ベクトルは位置／速度記録ステップＳ８に記録される。
【００２２】
受信途絶検出ステップＳ２で途絶が検出された場合には、位置外挿計算ステップＳ９で、位置／速度ベクトル記録ステップＳ８で記録された途絶前の位置と速度ベクトルを読み出し、途絶からの経過時間に対して速度ベクトルを積算して位置を(外挿)計算する。
【００２３】
以下に搬送波位相積算値による位置計算、速度ベクトル計算について説明する。
車両２と基準局１０で受信した測位衛星ｋからの搬送波位相信号の搬送波位相積算値をそれぞれメートル単位でφu(k)、φr(k)と書くと、測位衛星ｋに対する搬送波位相積算値の車両２と基準局１０の一重差は
【００２４】
【数１】
2016014582.tif 000003
【００２５】
と書ける。図３に搬送波位相積算値の一重差と基線ベクトルの関係を示す。測位衛星ｋと測位衛星ｌに対する搬送波位相積算値の車両２と基準局１０の二重差は
【００２６】
【数２】
2016014582.tif 000004
【００２７】
と書ける。測位衛星ｋと測位衛星ｌに対する搬送波位相積算値の車両と基準局の時刻ｔiとｔi+1の三重差は
【００２８】
【数３】
2016014582.tif 000005
【００２９】
と書ける。
【００３０】
搬送波位相積算値の一重差や二重差には整数不確定性(整数値バイアス)が存在するが、三重差では相殺されるので存在しない。
主たる測位衛星１と従たる測位衛星２からＫに対する基準局と車両の二重差と、基準局から車両への基線ベクトルｘ(太字)urには
【００３１】
【数４】
2016014582.tif 000006
【００３２】
の関係がある。測位信号が連続的に受信できている時には、整数不確定性は解かれているものとする。右辺の基線ベクトルの左の行列がデザイン行列である。測位衛星４機以上を利用して３個以上の二重差を計算し、デザイン行列の逆行列を使って基準局１０から車両２への基線ベクトルを高精度に求めることができる。なお、デザイン行列の中の１(太字)r(k)は図３に示されたような基準局から測位衛星ｋへの単位目視線ベクトルである。衛星高度が約２万ｋｍであるに対してこの発明で対象とする運用環境での基線ベクトルは５０ｋｍ程度に過ぎないため、基準局１０からの目視線ベクトルと車両２からの目視線ベクトルは同一視して差し支えない。
三重差は二重差の時間変化であり、すなわち基線ベクトルの時間変化であるから、速度ベクトルとなる。
【００３３】
【数５】
2016014582.tif 000007
【００３４】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２による自立航法による測位システムにおける測位演算部で行われる処理手順を示すフローチャート兼、測位演算部の機能ブロックを示した図である。以下、測位システムの特に測位演算部３での処理動作を説明する。
【００３５】
途絶が検出されなかった場合(ステップＳ１−Ｓ８、Ｓ１０，Ｓ１１)は実施の形態１と同様の動作である。受信途絶検出ステップＳ２により途絶が検出された場合は、位置／速度ベクトル記録ステップＳ８に記録された途絶前の位置と速度ベクトルを読み出し、車両搭載運動センサ検出ステップＳ１２で検出された車両(移動体)搭載運動センサ６の出力信号に基づき速度ベクトル補正ステップＳ１３で速度ベクトルを補正しながら、位置外挿計算ステップＳ９で途絶からの経過時間に対して速度ベクトルを積算して位置を計算する。
【００３６】
車両搭載運動センサ６が車両２の速度計の場合は、途絶からの経過時間とともに途絶中の速度変化に基づき速度ベクトル補正ステップＳ１３で途絶前の速度ベクトルの長さを補正し、補正された速度ベクトルを位置外挿計算ステップＳ９で積算することにより、位置を計算する。途絶前の搬送波位相積算値の三重差から計算した速度ベクトルＶ(tstop)、速度計による速度Ｖ(t)、途絶前の位置Ｐ(tstop)から、途絶中の位置Ｐ(t)は
【００３７】
【数６】
2016014582.tif 000008
【００３８】
と書くことができる。
【００３９】
車両搭載運動センサ６が進行方向センサの場合は、途絶からの経過時間とともに途絶中の進行方向変化に基づき速度ベクトル補正ステップＳ１３で途絶前の速度ベクトルの方向を補正し、補正された速度ベクトルを位置概算計算ステップＳ９で積算することにより、位置を計算する。途絶前の搬送波位相積算値の三重差から計算した速度ベクトルＶ(tstop)、進行方向センサによる進行方向変化量(経路角成分Δγ(t)、方位角成分Δψ(t))、途絶前の位置Ｐ(tstop)から、途絶中の位置Ｐ(t)は
【００４０】
【数７】
2016014582.tif 000009
【００４１】
と書くことができる。
【００４２】
なお、途絶前の速度ベクトルの進行方向は経路角成分γstop、方位角成分ψstop、
【００４３】
【数８】
2016014582.tif 000010
【００４４】
である。
【符号の説明】
【００４５】
１  車両(移動体)測位信号受信機、２  車両、３  測位演算部、４  基準局データ受信機、５  表示器、６  車両(移動体)搭載運動センサ、７  基準局測位信号受信機、８  基準局データ送信機、９  測位衛星、１０  基準局。
【図１】
2016014582.tif 000011
【図２】
2016014582.tif 000012
【図３】
2016014582.tif 000013
【図４】
2016014582.tif 000014
【図５】
2016014582.tif 000015
【図６】
2016014582.tif 000016