(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つ以上の基準局に設置される基準局装置と、別の移動体上に設置される移動体装置と、その装置間を無線回線で接続し、一方の装置（基準局装置または移動局装置）における衛星搬送波情報を他方の装置（移動局装置または基準局装置）に通信してＲＴＫ測位を行うＲＴＫシステムにおいて、
前記一方の装置（基準局装置または移動局装置）における衛星信号受信機と、
前記他方の装置（移動局装置または基準局装置）における衛星信号受信機と、
前記他方の装置（移動局装置または基準局装置）において衛星信号受信機から供給される基準周波数に同期した無線回線搬送波を発生させ、前記一方の装置（基準局装置または移動局装置）に送出する通信用搬送波発生装置と、
前記一方の装置（基準局装置または移動局装置）において前記通信用搬送波発生装置から送出された無線回線搬送波を受信し、この無線回線搬送波に同期した前記一方の装置（基準局装置または移動局装置）側の無線回線搬送波を発生させる通信用搬送波同期装置と、
該通信用搬送波同期装置で発生した無線回線搬送波にて前記一方の装置（基準局装置または移動局装置）の衛星信号搬送波位相データを前記他方の装置（移動局装置または基準局装置）に送出するデータ送出装置と、
前記他方の装置（移動局装置または基準局装置）において前記データ送出装置から送出された無線回線搬送波を受信し、前記一方の装置（基準局装置または移動局装置）の衛星信号搬送波位相データを出力すると共に、無線回線搬送波を出力するデータ受信装置と、
前記通信用搬送波発生装置の無線回線搬送波と、上記データ受信装置で受信した無線回線搬送波との位相差を測定する通信用搬送波位相差測定装置と、
前記一方の装置（基準局装置または移動局装置）の衛星信号搬送波位相と前記他方の装置（移動局装置または基準局装置）における衛星信号受信機からの衛星信号搬送波位相との位相差、及び前記通信用搬送波位相差測定装置の位相差から、サイクル数を含めた真の衛星信号搬送波位相差を決定し、ＲＴＫ測位を計算するＲＴＫ測位計算装置と、
ＲＴＫ測位時に得られる基準局、移動体間距離情報に基づいて、通信用搬送波位相差測定装置から得られる位相差の補正量を演算し記憶する通信用搬送波位相補正量演算記憶装置と、
衛星信号受信機から得られる測位中断情報に基づいて、前記補正量の精度を判定する通信用搬送波位相精度判定装置と、
を備え、信号中断後に、ＲＴＫ測位を再開する際、前記通信用搬送波位相補正量精度判定装置で前記通信用搬送波位相補正量演算記憶装置に記憶されている補正量が使用可能であると判定されたときに、通信用搬送波位相差測定装置の位相差を前記通信用搬送波位相補正量演算記憶装置に記憶されている補正量で補正した位相差を用いて、ＲＴＫ測位を行うことを特徴とするＲＴＫシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衛星信号の搬送波を少なくとも１つの位置が既知である基準局と、位置測定を行いたい移動体で同時に受信し、その搬送波位相差からセンチメートル（cm）レベルの高精度で位置を求めるＲＴＫ（real time kinematic:動的干渉測位方式）システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＲＴＫシステムにおいては、センチメートル（cm）レベルの高精度で位置を求める為に、例えばＧＰＳシステムの搬送波すなわちＬ１帯またはＬ２帯で１９cmまたは２４cmの波長の中での位相を計測する。このため、波長毎、すなわち各サイクル毎に同位相が計測されるので、計測した位相はどのサイクルのものかを正確に測定し、整数値バイアス（整数サイクル）を確定することが必要である。
【０００３】
図３は、従来のＲＴＫシステムの構成を示す図である。
【０００４】
同図において、基準局に設置された衛星信号受信機１ａは、衛星信号を受信し、安定に追尾した衛星信号の衛星信号搬送波位相Ｐａをデータ送出装置２ａに供給する。データ送出装置２ａは、データ通信用搬送波発生装置４ａで発生されたデータ通信用搬送波を衛星信号受信機１ａから供給される衛星信号搬送波位相Ｐａのデータで変調し、無線にて移動体側に送出する。
【０００５】
移動体側のデータ受信装置３ａは、上記無線で送られてきたデータ通信用搬送波から、衛星信号搬送波位相Ｐａのデータを復調し、ＲＴＫ測位演算装置２０ａへ供給する。また、移動体に設置された衛星信号受信機１ｂは、衛星信号を受信し、安定に追尾した衛星信号受信機１ａと同じ衛星信号の衛星信号搬送波位相ＰｂのデータをＲＴＫ測位演算装置２０ａに供給する。
【０００６】
ＲＴＫ測位演算装置２０ａでは、基準局側の衛星信号搬送波位相Ｐａと移動体側の衛星信号搬送波位相Ｐｂとの位相差、基準局側と移動体側との整数サイクル数、衛星軌道情報（図示しない）及び基準局位置情報（図示しない）を用いて、基線ベクトルを計算し、移動体位置をセンチメートル（cm）レベルの高精度で求める。なお、この例では、基準局から衛星信号搬送波位相Ｐａを送信しているが、衛星信号搬送波位相の補正値を送出することもできる。
【０００７】
このＲＴＫシステムにおいて、移動体位置を求めるために、基準局側と移動体側との整数サイクル数を決定する必要がある。移動体位置を求めるためには、３次元位置を求めるが、この整数サイクル数の決定手法は一次元位置を求める場合も同じであるので、ここでは説明をわかりやすくするために、以後、地表面上の１次元位置を求める場合を例にして説明する。
【０００８】
図４は、従来一般的に採用されている、単一の衛星信号を用いて、整数サイクル数の決定方法を説明するための図である。
【０００９】
図４で、衛星Ｓ１の時刻ｔ１の衛星信号において、同じ位相差となる点は真の点Ａ以外に、衛星信号搬送波の整数サイクル分異なった点Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ，Ｆが存在する。衛星Ｓ１の時刻ｔ１の衛星信号のみでは、真の位置を上記Ａ〜Ｆのいずれであるかを特定することはできない。なお、上記Ａ〜Ｆは、例示のための記号であって、この個数に意味があるものではない。
【００１０】
ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星等周回衛星の場合には、時間と共に衛星が移動するので、衛星と地表面ＧＮＤとの角度も変化する。時間の経過により、衛星Ｓ１，時刻ｔ２の衛星信号を受信する場合には、地表面ＧＮＤに投影した長さが異なることになり、衛星信号搬送波の整数サイクル分異なった点はＣ’、Ｄ’、Ｅ’へ移動するが、真の点Ａは依然として同じ位置のままである。このことを利用して、ＲＴＫ測位演算装置２０ａにおいて、真の位置Ａが定まり、整数サイクル数が決定される。
【００１１】
一度衛星信号搬送波の整数サイクル分が決定された後は、前回との位相差の変化量を測定すればよいので、以後は連続的にＲＴＫ測位位置が求められる。
【００１２】
しかし、衛星信号の受信が中断した衛星については、その信号中断後には、再度衛星信号搬送波の整数サイクル分の決定を行う必要がある。
【００１３】
これについては、連続追尾している他の衛星でＲＴＫ測位位置が正確に得られる場合にはその位置を用いることで中断した衛星の衛星信号搬送波の整数サイクル分を即決定することもできる。しかしながら、連続追尾している衛星では衛星数が足りない場合や、ＤＯＰ（測位精度劣化係数）が悪い場合などの、ＲＴＫ測位できない測位中断状態になったときには、たとえその中断が一瞬であっても、全衛星について、衛星信号搬送波の整数サイクル分を再度決定する必要がある。
【００１４】
この図４に示したような整数サイクル数の決定方法は、例えば、ＧＰＳ衛星において民間利用が行えるＣ／Ａコードが利用できるＬ１信号のみを用いる場合に、衛星の移動に伴う衛星と地表面ＧＮＤとの角度の変化は緩やかであるため、真の位置決定まで数１０分の時間を要する。
【００１５】
ＲＴＫシステムの場合、位置精度を確保するために一般的には見晴らしのよい所で使われる。しかし、搬送波を測定するシステムであるため、建物はもちろんであるが、電線、電柱なども障害物となり、移動体である場合には一瞬測位中断する可能性が高くなる。そして、一旦中断すると、前述のように、数１０分移動体の位置が求められないことになり、実用上の大きな問題となっている。
【００１６】
図５は、整数サイクルの決定に要する時間を、図３の単一の衛星信号を使用する方法に比べて、短縮した従来の整数サイクル数の決定方法を説明するための図である。
【００１７】
図５において、衛星Ｓ１からの衛星信号には、共にＰコードで変調されたＬ１信号（波長約１９cm）及びＬ２信号（波長約２４cm）が含まれている。このＰコード自体は、軍事用であるため不明であるが、この特性を利用することによりＬ１信号と共にＬ２信号の搬送波の位相を測定することができる。このＬ１信号とＬ２信号の搬送波位相を利用して、整数サイクル数を決定する方法を図５に示す。
【００１８】
図５で、図中実線で示すＬ１信号の位相が同じになる点は、真の位置Ａの他に、Ｌ１信号搬送波の整数サイクル分異なった点Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅが存在する。一方、図中点線で示すＬ２信号の位相が同じになる点は、真の位置Ａの他に、Ｌ２信号搬送波の整数サイクル分異なった点Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’、Ｅ’存在する。Ｌ２信号は、Ｌ１信号と波長が異なっているため、整数サイクル分異なった点は、それぞれ異なった位置となる。したがって、真の位置Ａが、理論上は時刻ｔ１のデータのみで決定できる。ただ、実際の衛星信号搬送波には、観測ノイズが存在するため、１回の信号では真の位置Ａを確定することは難しいが、１分程度の時間で真の位置Ａを確定することができ、図３の単一の衛星信号を使用する方法に比べて、所要時間を非常に短かくすることができる。
【００１９】
しかしながら、この図５のサイクル数決定方法を実施するためには、Ｌ２信号に追尾するための衛星信号追尾装置が複数分チャンネル分（例えば、１２チャンネル）、最低限必要となる。そして、このＬ１信号、Ｌ２信号の変調信号であるＰコードの変調周波数は、約１０ＭＨｚであり、Ｃ／Ａコードの変調周波数約１ＭＨｚに比較して高く、高速動作が、必要となる。 このため、図５のサイクル数決定方法を実施する受信機はきわめて高価な（現状では数百万円台）ものとなってしまうという問題がある。
【００２０】
図６は、図５と同様に、整数サイクルの決定に要する時間を、図３の単一の衛星信号を使用する方法に比べて短縮した、更に他の従来の整数サイクル数の決定方法を説明するための図である。
【００２１】
図６は、衛星が異なると、衛星毎の位置が異なるため、衛星と地表面ＧＮＤとの角度が異なったデータが得られることを利用する、整数サイクル決定方法を示している。図６において、衛星Ｓ１からの信号の位相が同じとなる点は、真の位置Ａの他に、衛星搬送波の整数サイクル分異なった点Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ、Ｆが存在する。一方、衛星Ｓ２からの信号の位相が同じになる点は、真の位置Ａの他に、衛星搬送波の整数サイクル分異なった点Ｃ’、Ｄ’、Ｅ’が存在する。両衛星Ｓ１，Ｓ２と地表面ＧＮＤとの角度が異なるため、整数サイクル分異なった点は、それぞれ異なった位置となる。したがって、真の位置Ａが、理論上は時刻ｔ１のデータのみで決定できる。ただ、実際の衛星信号搬送波には、観測ノイズが存在するため、ＧＰＳ衛星のみ、またはＧＬＯＮＡＳＳ衛星のみでは３次元位置を確定することはできない。ＧＰＳ衛星、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星共に使用した場合で、衛星数が例えば１０個以上と多い場合には、瞬時データで真の位置Ａを確定することができ、図３の単一の衛星信号を使用する方法に比べて、所要時間を非常に短かくすることができる。
【００２２】
しかしながら、この図６のサイクル数決定方法を実施するためには、ＧＰＳ衛星追尾装置の他に、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星に追尾するための衛星信号追尾装置が複数チャンネル分（例えば、１２チャンネル）が必要となる。そして、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星の場合、ＧＰＳとは異なり、各衛星の追尾周波数が大きく異なるため、アナログ部分を複雑な回路にしたり、ディジタル部のサンプリング周波数を高くするなどの工夫が必要となる。このため、図６のサイクル数決定方法を実施する受信機はきわめて高価な（現状では数百万円台）ものとなってしまうという問題がある。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
ＲＴＫシステムにおいては、例えばＧＰＳシステムの搬送波の波長の中での位相を計測することにより、センチメートル（cm）レベルの高精度で位置を求めることができるが、このためには、計測した位相がどのサイクルのものかを正確に測定し、整数値バイアス（整数サイクル）を確定することが必要である。
この整数サイクルを確定する為に、従来、単一の衛星信号の搬送波を使用する方法（図４）、ＧＰＳ衛星のＬ１信号とＬ２信号の搬送波位相を利用する方法（図５）、ＧＰＳ衛星とＧＬＯＮＡＳＳ衛星等異なった地点の衛星信号の搬送波を利用する方法（図６）等が、用いられてきた。
【００２４】
しかしながら、単一の衛星信号の搬送波を使用する方法では、衛星の移動に伴う衛星と地表面との角度の変化は緩やかであるため、真の位置決定まで数１０分の時間を要すること、また、ＲＴＫシステムの場合、搬送波を測定するシステムであるため、特に移動体である場合には一瞬測位中断する可能性が高いことから、数１０分間移動体の位置が求められないことは、実用上の大きな問題となっている。
【００２５】
また、ＧＰＳ衛星のＬ１信号とＬ２信号の搬送波位相を利用する方法及び、ＧＰＳ衛星とＧＬＯＮＡＳＳ衛星等異なった地点の衛星信号の搬送波を利用する方法では、整数サイクルの決定に要する時間を、単一の衛星信号を使用する方法に比べて、短縮することはできるものの、サイクル数決定方法を実施する為に受信機がきわめて高価なものとなってしまい、ＲＴＫシステムを普及させる上で、障害となっている。
【００２６】
本発明は、ＲＴＫシステムにおいて不可欠である、整数サイクルの決定を、通常使用される簡単な装置を利用して、かつ短い時間で、行うことができる、ＲＴＫシステムを提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
請求項１のＲＴＫシステムは、少なくとも１つ以上の基準局に設置される基準局装置と、別の移動体上に設置される移動体装置と、その装置間を無線回線で接続し、一方の装置（基準局装置または移動局装置）における衛星搬送波情報を他方の装置（移動局装置または基準局装置）に通信してＲＴＫ測位を行うＲＴＫシステムにおいて、前記一方の装置（基準局装置または移動局装置）における衛星信号受信機と、前記他方の装置（移動局装置または基準局装置）における衛星信号受信機と、前記他方の装置（移動局装置または基準局装置）において衛星信号受信機から供給される基準周波数に同期した無線回線搬送波を発生させ、前記一方の装置（基準局装置または移動局装置）に送出する通信用搬送波発生装置と、前記一方の装置（基準局装置または移動局装置）において前記通信用搬送波発生装置から送出された無線回線搬送波を受信し、この無線回線搬送波に同期した前記一方の装置（基準局装置または移動局装置）側の無線回線搬送波を発生させる通信用搬送波同期装置と、該通信用搬送波同期装置で発生した無線回線搬送波にて前記一方の装置（基準局装置または移動局装置）の衛星信号搬送波位相データを前記他方の装置（移動局装置または基準局装置）に送出するデータ送出装置と、前記他方の装置（移動局装置または基準局装置）において前記データ送出装置から送出された無線回線搬送波を受信し、前記一方の装置（基準局装置または移動局装置）の衛星信号搬送波位相データを出力すると共に、無線回線搬送波を出力するデータ受信装置と、前記通信用搬送波発生装置の無線回線搬送波と、上記データ受信装置で受信した無線回線搬送波との位相差を測定する通信用搬送波位相差測定装置と、前記一方の装置（基準局装置または移動局装置）の衛星信号搬送波位相と前記他方の装置（移動局装置または基準局装置）における衛星信号受信機からの衛星信号搬送波位相との位相差、及び前記通信用搬送波位相差測定装置の位相差から、サイクル数を含めた真の衛星信号搬送波位相差を決定し、ＲＴＫ測位を計算するＲＴＫ測位計算装置と、ＲＴＫ測位時に得られる基準局、移動体間距離情報に基づいて、通信用搬送波位相差測定装置から得られる位相差の補正量を演算し記憶する通信用搬送波位相補正量演算記憶装置と、衛星信号受信機から得られる測位中断情報に基づいて、前記補正量の精度を判定する通信用搬送波位相精度判定装置と、を備え、信号中断後に、ＲＴＫ測位を再開する際、前記通信用搬送波位相補正量精度判定装置で前記通信用搬送波位相補正量演算記憶装置に記憶されている補正量が使用可能であると判定されたときに、通信用搬送波位相差測定装置の位相差を前記通信用搬送波位相補正量演算記憶装置に記憶されている補正量で補正した位相差を用いて、ＲＴＫ測位を行うことを特徴とする。
【００２８】
この構成によれば、ＲＴＫシステムに不可欠なデータ通信装置の搬送波を利用し、その搬送波の位相差と、衛星搬送波位相差とを併用することにより、衛星信号搬送波の整数サイクル分誤っている候補を大幅に減らすことができ、極めて高価であるＧＰＳのＰコード利用受信機、ＧＬＯＮＡＳＳ併用受信機を利用する方法と同様に、真の位置決定までの時間を大幅に短縮することができる。
【００２９】
また、極めて高価なＧＰＳのＰコード利用受信機、ＧＬＯＮＡＳＳ併用受信機とは異なり、ＲＴＫシステムに不可欠なデータ通信装置に極めて単純な装置を一式追加するだけで構成でき、安価なシステムとすることができる。
【００３１】
また、通信用搬送波位相差測定装置から得られる位相差の補正量を記憶しておき、信号中断後に、ＲＴＫ測位を再開する際、記憶されている補正量が使用可能であることを確認した上で、衛星信号搬送波の整数サイクルを決定していることにより、信号中断後の真の位置決定までの時間を、確実に、かつ大幅に短縮することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例について、図１及び図２を参照して説明する。
【００３３】
まず、具体的な構成の説明に先立ち、本発明の基本概念について説明する。
基準局装置と移動体装置の距離を測る際に、別の信号で同じ距離を測ることができれば、サイクル数の誤った候補数を大幅に削減することができる。従来の図３のＲＴＫシステムにも示されるように、移動体の位置測定を行うＲＴＫシステムでは、データ伝送のための無線回線が不可欠である。
【００３４】
その無線回線にはデータ通信用搬送波が必要であるが、従来のシステムでは、変調されたデータは用いられているが、搬送波自体の利用はなされていない。無線回線では、例えば４００ＭＨｚ帯の特定小電力帯が用いられるが、その搬送波の波長は、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳの搬送波波長とは異なる。
【００３５】
本発明では、このデータ通信用搬送波を一方の装置、例えば移動体装置から他方の装置、例えば基準局装置に送出し、基準局装置からデータ変調されて移動体装置に返送されてきたデータ通信用搬送波の位相と、移動体装置から送出しているデータ通信用搬送波の位相とを比較し、その位相差を測定する。そして、このデータ通信用搬送波の位相差と、衛星搬送波の基準局側の位相と移動体側の位相との位相差とから、基準局装置と移動体装置との整数サイクル数を決定する。
この状態を図２に示す。
【００３６】
図２は、本発明の、単一の衛星信号と、データ通信用搬送波の位相差を用いる、整数サイクル数の決定方法を説明するための図である。例として、移動体側の衛星信号搬送波位相に対する、基準局側の衛星信号搬送波位相を求める場合を想定する。
【００３７】
図２で、衛星Ｓ１の時刻ｔ１の衛星信号において、同じ位相差となる点は真の点Ａ以外に、衛星信号搬送波の整数サイクル分異なった点Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅが存在する。衛星Ｓ１の時刻ｔ１の衛星信号のみでは、真の位置を上記Ａ〜Ｆのいずれであるかを特定することはできない。一方、データ通信用搬送波の位相差は、地表面ＧＮＤ上で、データ通信用搬送波の整数サイクル分異なった点はＡ，Ｃ’、Ｄ’となる。真の点Ａは、衛星信号搬送波においても、データ通信用搬送波においても、同じ位置である。このことを利用して、真の位置Ａが定まり、衛星信号搬送波の整数サイクル数が決定される。
【００３８】
図１は、本発明に係るＲＴＫシステムの構成を示す図である。同図において、基準局装置は、衛星信号受信機１ａと、データ送出装置２と、データ通信用搬送波同期装置５と、データ受信装置８とから構成される。
【００３９】
衛星信号受信機１ａは、衛星信号を受信してその衛星信号搬送波位相Ｐａを出力する。また、図示していないが、追尾衛星情報を送出している。データ送出装置２は、衛星信号搬送波位相Ｐａを受けて、データ通信用搬送波周波数Ｆｄｓを変調して移動体装置に送出する。データ受信装置８は、移動体装置から送られてきた変調されたデータ通信用搬送波周波数Ｆｄｎを受信して復調する。データ通信用搬送波同期装置５は、データ受信装置８で復調されたデータ通信用搬送波周波数Ｆｄｎに同期した基準局装置のデータ通信用搬送波周波数Ｆｄｓを発生する。
【００４０】
移動体装置は、衛星信号受信機１ｂと、データ受信装置３と、データ通信用搬送波発生装置４と、データ通信用搬送波位相差測定装置６と、データ送出装置７と、データ通信用搬送波位相精度判定装置９と、データ通信用搬送波位相補正量演算記憶装置１０と、測位中断判定装置１１と、ＲＴＫ測位計算装置２０とから構成される。
【００４１】
衛星信号受信機１ｂは、衛星信号を受信してその衛星信号搬送波位相Ｐｂを出力すると共に、追尾衛星情報を出力する。また、ＲＴＫシステムでは、周波数が異なると受信機のフィルタ等の遅延特性によって、位相特性は大きく変化するので、周波数を一定のものとするため、衛星信号受信機１ｂから出力される周波数を基準周波数Ｆｒとして用いる。
【００４２】
データ受信装置３は、データ送出装置２から送られてきた衛星信号搬送波位相Ｐａ、衛星信号受信機１ａの追尾衛星情報及びデータ通信用搬送波周波数Ｆｄｓを出力する。
【００４３】
データ通信用搬送波発生装置４は、衛星信号受信機１ｂからの基準周波数Ｆｒを受けて、データ通信用搬送波周波数Ｆｄｎを発生する。
【００４４】
データ通信用搬送波位相差測定装置６は、データ通信用搬送波発生装置４で発生されたデータ通信用搬送波周波数Ｆｄｎとデータ受信装置で受けたデータ通信用搬送波周波数Ｆｄｓを比較し、データ通信用搬送波位相差を出力する。
【００４５】
データ送出装置７は、データ通信用搬送波発生装置４で発生されたデータ通信用搬送波周波数Ｆｄｎを受けて、雑音妨害性能を高めるための所要の変調を行ってデータ受信装置８に送出する。
【００４６】
データ通信用搬送波位相補正量演算記憶装置１０は、ＲＴＫ測位が行われたときのデータ通信用搬送波位相補正量を演算し記憶する。ＲＴＫ測位が行えている状態では、各種の誤差が演算された上で、基準局装置、移動体装置間の距離はcmレベルの高精度で求められている。したがって、このデータ通信用搬送波位相補正量は、データ通信用搬送波位相差測定装置６で得られた位相差から真の位相差を求めるための正確な補正値である。
【００４７】
測位中断判定装置１１は、衛星信号受信機１ａ、衛星信号受信機１ｂからの追尾衛星情報を受けて、測位中断を判定する。
【００４８】
データ通信用搬送波位相精度判定装置９は、測位中断判定装置１１からの測位中断判定情報を受けて、測位中断判定装置１１の記憶された補正量の信頼度を判定するなどの処理を行う。測位中断が数秒程度であれば、データ通信用搬送波位相補正量演算記憶装置１０で中断前に計算された補正値は、中断後も有効な補正値となる。このような場合に、信号中断から回復した時に、記憶されている補正量が使用可能である指令を出力する。
【００４９】
ＲＴＫ測位計算装置２０は、衛星信号搬送波位相Ｐａ、衛星信号搬送波位相Ｐｂなど、各装置からの信号を受けて、ＲＴＫ測位を計算する。また、ＲＴＫ測位が行えている状態で計算した補正値を常に更新しつつ、データ通信用搬送波位相補正量演算記憶装置１０に記憶させる。
【００５０】
さて、図１において、まず、本発明のＲＴＫシステムの基本的な動作を、データ送出装置７、データ受信装置８、データ送出装置２、データ受信装置３の位相特性（遅延特性）の影響がなく、搬送波電波自体による雑音もない理想的な場合について、説明する。
【００５１】
移動体装置のデータ受信装置３で受信させるデータ通信用搬送波周波数Ｆｄｓの位相は、データ通信用搬送波発生装置４で発生している「Ｆｄｍ」の位相と、基準局装置と移動体装置間の距離の２倍に相当する分異なる値となる。データ通信用搬送波位相差測定装置６においては、移動体装置のデータ受信装置３で受信されるデータ通信用搬送波周波数Ｆｄｓの位相と、データ通信用搬送波発生装置４で発生している「Ｆｄｍ」との位相の差を測定し、それを１／２にすることで、基準局装置と移動体装置間の距離に対応する位相差を求める。
【００５２】
この位相差が、求まった状態を図２に示す。図２は、本発明の、単一の衛星信号と、データ通信用搬送波の位相差を用いて、整数サイクル数の決定方法を説明するための図である。
【００５３】
図２で、前述のように、衛星Ｓ１の時刻ｔ１の衛星信号において、同じ位相差となる点は真の点Ａ以外に、衛星信号搬送波の整数サイクル分異なった点Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅが存在する。衛星Ｓ１の時刻ｔ１の衛星信号のみでは、真の位置を上記Ａ〜Ｆのいずれであるかを特定することはできない。一方、基準局装置と移動体装置間距離に相当するデータ通信用搬送波の位相差は、地表面ＧＮＤ上で、データ通信用搬送波の整数サイクル分異なった点はＡ，Ｃ’、Ｄ’となる。衛星信号搬送波１サイクル分を地表面ＧＮＤ上に投影した長さと、データ通信搬送波の１サイクル分の長さが異なるため、衛星Ｓ１の衛星信号搬送波について搬送波の整数サイクル分異なった点Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆとは異なる位置となる。真の点Ａは、衛星信号搬送波においても、データ通信用搬送波においても、同じ位置である。したがって、真の位置Ａが時刻ｔ１のデータのみで決定できる。ただし、実際の信号には観測ノイズが存在するため、１回の信号では真の位置Ａは確定できないが、図１の従来の方法に比べて、大幅に真の位置決定までの時間が短縮できる。
【００５４】
次に、データ送出装置７、データ受信装置８、データ送出装置２、データ受信装置３の位相特性（遅延特性）の影響や、搬送波電波自体による雑音等の誤差を考慮に入れて、本発明のＲＴＫシステムで実際に演算する手順の一例を説明する。
【００５５】
ステップ１：ＤＧＰＳ（ディファレンシャルＧＰＳ）方式により、移動体装置の測位位置を求める。このＧＤＰＳは、あらかじめ正確な位置を計測できている基準局装置において、受信した各衛星からの疑似距離、時刻情報及び軌道データから誤差成分を検出し、それを補正値として移動体装置に送信する。移動体装置では、その補正値により衛星信号受信機１ｂで受信したＧＰＳ信号の補正を行うものである。このＤＧＰＳの測位精度は、数メートルであり、通常のＧＰＳに比してかなり高精度が得られる。
【００５６】
ステップ２：ステップ１で求めた移動体装置の位置に基づいて、基準局装置、移動体装置間の概略距離を求め、これにＤＧＰＳ測位位置の誤差を加えて、基準局装置、移動体装置間の距離の想定される最小値、最大値を求める。その最小値、最大値をデータ通信用搬送波周波数Ｆｄｎの波長で割ることにより、データ通信搬送波のサイクル分の最小値、最大値を求める。
【００５７】
ステップ３：各衛星信号搬送波のサイクル分については、基準局装置、移動体装置間の概略距離にＤＧＰＳの誤差を加えた値に基づいて、その衛星方向の距離の差の最小値、最大値を求める。その最小値、最大値を衛星信号搬送波の波長で割ることにより、各衛星搬送波波長のサイクル分の最小値、最大値を求める。それを測位に利用可能な全衛星について求め、サイクル分の組み合わせを求める。
【００５８】
ステップ４：データ通信用搬送波周波数Ｆｄｎのサイクル分を、まず最小値と仮定する。
【００５９】
ステップ５：データ通信用搬送波周波数Ｆｄｎのサイクル分と位相差から、基準局装置、位動体装置間の仮距離を決定する。
【００６０】
ステップ６：衛星信号搬送波のサイクル分の全ての組み合わせについて、測位位置を求め、基準局装置、移動体装置間の距離を求め、その距離がステップ５で決定した仮距離と誤差範囲内で一致した組み合わせを記憶する。なお、ここでは、全組み合わせとしたが、ステップ１において、先に各組み合わせにしたときの基準局装置、移動体装置間の距離を求め、組み合わせの順番をその距離順にしておき、仮距離に近い組み合わせのみチェックする方法にしてもよい。
【００６１】
ステップ７：データ通信用搬送波周波数Ｆｄｎのサイクル分を、１だけ増やし、上記ステップ５，ステップ６を実行する。これを、データ通信用搬送波周波数Ｆｄｎのサイクル値がステップ１で求めた最大値になるまで実施する。
【００６２】
ステップ８：ステップ６，ステップ７で記憶した組み合わせが１つのみの場合には終了する。
【００６３】
ステップ９：ステップ６，ステップ７で記憶した組み合わせが２つ以上の時は、次の観測値が得られるまで待ち、ステップ１以降を再度実施する。なお、この場合には、ステップ６において、全ての組み合わせを行うのでなく、前回記憶した組み合わせについてのみ行うようにしてもよい。また、雑音が多い場合には、全ての組み合わせを行い、仮距離と一致した回数が一番多い組み合わせを選ぶ、或いは、仮距離との差の積算値が一番小さい組み合わせを選ぶ、ことを行ってもよい。
【００６４】
ステップ１０：ステップ８，ステップ９で決定した組み合わせにて得られた位置を、ＲＴＫ測位位置とする。
【００６５】
このような手順によって、データ送出装置７、データ受信装置８、データ送出装置２、データ受信装置３の位相特性（遅延特性）の影響や、搬送波電波自体による雑音等の誤差を考慮に入れた、本発明のＲＴＫシステムの測位位置が得られる。
【００６６】
さて、ＲＴＫ測位が行えている状態では、データ送出装置７、データ受信装置８、データ送出装置２、データ受信装置３の位相特性（遅延特性）の影響や、搬送波電波自体による雑音等の誤差が考慮された上で、基準局装置、移動体装置間の距離はcmレベルの高精度で求められている。
【００６７】
したがって、データ通信用搬送波位相補正量演算記憶装置１０では、ＲＴＫ測位計算装置２０から、基準局装置、移動体装置間の距離Ｌが得られたとき、データ通信用搬送波周波数Ｆｄｎにおける真の位相差（サイクル）を、距離Ｌ／データ通信用搬送波周波数Ｆｄｎの波長、で求め、データ通信用搬送波位相差測定装置６で得られた位相差から、上記で求めた真の位相差（サイクル）を引くことで、データ通信用搬送波位相差測定装置６で得られた位相差から真の位相差を求めるための補正量（補正値）を求めている。
【００６８】
前述したように、ＲＴＫシステムが設置される場所は、見晴らしのよい所が多く、測位中断するとしても、測位中断時間は数秒程度である。データ通信用搬送波位相補正量演算記憶装置１０で計算される補正値は、データ送出装置７、データ受信装置８、データ送出装置２、データ受信装置３の各装置の位相遅延量と、搬送波電波自体による雑音が加わった値である。
【００６９】
データ送出装置７，データ受信装置８，データ送出装置２，データ受信装置３は各々異なる部品で構成されるため、各装置における位相特性（遅延特性）は周波数、温度、電源電圧の変動により各々大きく変動する、また、搬送周波数によっては、電波の直線性が保証されず、更に無線電波自体による雑音が加わるため、単純に搬送波位相を測定しただけでは、基準局移動体装置間の距離測定は行えない。これら変動要因の内、電源電圧については、安定化電源を使用することにより、また周波数については、衛星信号からオフセットを取り除いた安定した周波数を基準周波数として発生することにより、それぞれ変動を取り除いている。したがって、本発明では、電源電圧、周波数は一定にしているので、各装置の位相遅延量は温度変化による変動のみである。
【００７０】
測位中断が数秒程度であれば、温度変化はほとんどないため、各装置の位相遅延量は測位中断前と同じである。また、搬送波電波自体による雑音は伝搬経路に大きく依存するが、数秒程度の中断であれば、伝搬経路もほとんど同じになるため、搬送波電波自体による雑音も測位中断前と同じである。
【００７１】
したがって、データ通信用搬送波位相補正量演算記憶装置１０で中断前に計算された補正値は、中断後も有効な補正値となる。このことから、データ通信用搬送波位相補正量演算記憶装置１０は、ＲＴＫ測位が行えている状態で計算した補正値を常に更新しつつ記憶し、データ通信用搬送波位相精度判定装置９から信号中断から回復した状態であって、補正値を出力するように指示された場合に、その補正値をＲＴＫ測位計算装置２０に出力する。
【００７２】
ＲＴＫ測位計算装置２０では、その補正値が入力された場合に、データ通信用搬送波位相差測定装置６から得られたデータ通信用搬送波位相観測値をこの補正値により補正することで、真のデータ通信用搬送波位相値を求め、図２を用いて説明した方法により、衛星信号搬送波の整数サイクル分を決定する。
【００７３】
なお、この補正値は、信号中断が短い場合にのみ正しい値であり、信号中断が長い場合には誤った値となりうる。誤った補正値を用いた場合には、衛星信号搬送波の整数サイクル分を誤り、結果としてＲＴＫ測位位置が誤ってしまう可能性がある。
【００７４】
そのため、データ通信用搬送波位相精度判定装置９は、例えば測位中断が始まった時間からの経過時間を図示しないタイミング装置からの信号で測定する。そして、補正値の精度が十分高い時間内に測位中断が回復した場合には、データ通信用搬送波位相補正量演算記憶装置１０に補正値の出力を指示する。なお、データ通信用搬送波位相補正量演算記憶装置１０から電源投入後補正値が確定した信号がまだきていない場合には、データ通信用搬送波位相精度判定装置９は補正値出力を指示しないようにする。
【００７５】
また、上記補正値の内、各装置の位相遅延特性に関する部分は温度変化に依存するため、データ通信用搬送波位相精度判定装置９は例えば衛星信号受信機内に組み込まれている温度センサーにより温度を測定し、その温度変化に基づいて、補正値精度を判定することにしてもよい。
【００７６】
以上述べたように、データ通信用搬送波位相補正量演算記憶装置１０で中断前に計算された補正値を用いることにより、信号中断後に真の位置を再び求めるまでに要する時間を、大幅に短縮することができる。
【００７７】
本発明で追加されている装置は、従来例（図３）と比較することで明らかなように、データ通信用搬送波位相差測定装置６、データ通信用搬送波同期装置５、データ送出装置７、データ受信装置８、データ通信用搬送波位相精度判定装置９、データ通信用搬送波位相補正量演算記憶装置１０、測位中断判定装置１１、である。この内、データ送出装置７、データ受信装置８は、図３では機能構成の説明上、省略したが、一般にデータ回線装置は送受兼用装置であり、本発明で新たに必要となる装置ではない。また、データ通信用搬送波位相差測定装置６、データ通信用搬送波同期装置５は本発明で追加される装置であるが、データ受信装置の一部であり、データ受信に際して一般的に用いられる単純なコスタスループ回路を用いて容易に構成できる装置であり、極めて安価な装置である。また、データ通信用搬送波位相精度判定装置９、データ通信用搬送波位相補正量演算記憶装置１０、測位中断判定装置１１も上記したように、装置自体は単純な機能の装置であり、安価である。このように、本発明のＲＴＫシステムは、全体の構成としても、従来の図３のものと同等の安価な装置とすることができる。
【００７８】
以上の説明では、基準局が１つの場合を例に説明した。この場合には、基準局装置、移動体装置間の距離しか得られないため、チェックする衛星信号搬送波の組み合わせ自体を限定することはできない。ここで、例えば３局の基準局を同様の構成にすれば、基準局の位置が既知であるから、移動体位置の３次元の概略位置が得られる。したがって、チェックする衛星搬送波の組み合わせ自体を、その概略位置付近に限定することができるので、真の組み合わせを求めるための処理時間を短縮することができる。また、基準局数が増えることは、衛星数が増えたことと同様の効果が得られるため、更に真の位置決定までの時間を短縮することができる。
【００７９】
また、上記の説明では、移動体側で位置を求める方式で説明したが、基準局側で移動体位置をモニターするシステムもある。この場合には、本実施例で移動体側とした装置を基準局側に、基準局側とした装置を移動体側にすることで、同様に構成することができる。
【００８０】
また、上記の説明では、データ通信用搬送波の位相差を計るために、位相差の精度を実用レベルにする手段として、搬送波自体も送出している。しかし、基準局装置、移動体装置各々独立に、共通である衛星搬送波に同期したデータ通信用搬送波を発生させても、本発明と同程度の搬送波同期が得られる場合には、基準局装置、移動体装置各々独立にデータ通信用搬送波を発生させてもよい。
【００８１】
また、上記の説明では、移動体装置、基準局装置間のデータ搬送周波数は送受とも同じ場合で説明したが、本実施例のように送受の周波数が同期していれば、送受で異なった周波数を用いてもよい。
【００８２】
また、上記の説明では、無線回線自体の雑音も考慮したが、無線回線の周波数が高く、無線回線自体の雑音が無視できる場合には、補正値は温度のみに依存する値となる。したがって、この場合には、ＲＴＫ測位の際、温度と補正値の関係を記憶し、電源投入時に測定した温度に対応する補正値を記憶しておき、電源投入時にも補正値を利用することで、電源投入時の真の位置決定までの時間を大幅に短縮することができる。
【００８３】
また、実際には、衛星信号搬送波が弱い衛星については、サイクルスリップと呼ばれる、衛星搬送波の整数サイクル分の衛星信号搬送波位相観測値が突然飛ぶことがある。このサイクルスリップ時に、従来のＲＴＫ測位システムでは、ＲＴＫ位置も飛ぶことになる。本実施例の場合には、ＲＴＫ位置を基に補正値を得ているから、ＲＴＫ位置が飛ぶことにより、補正値も大きく変化する。補正値は数秒程度では変化しない量であるから、その場合には補正値が大きく変化したことでサイクルスリップが発生したと判定し、ＲＴＫ位置が飛ぶ前の補正値を用いて衛星搬送波の整数サイクル分を決定し直すことを行ってもよい。本実施例では、測位中断後の回復時にのみ補正値を使用しているが、これに加えて、サイクルスリップの判定及びその後のＲＴＫ処理にもこの補正値を使用することができる。
【００８４】
【発明の効果】
本発明の請求項１の構成によれば、ＲＴＫシステムに不可欠なデータ通信装置の搬送波を利用し、その搬送波の位相差と、衛星搬送波位相差とを併用することにより、衛星信号搬送波の整数サイクル分誤っている候補を大幅に減らすことができ、極めて高価であるＧＰＳのＰコード利用受信機、ＧＬＯＮＡＳＳ併用受信機を利用する方法と同様に、真の位置決定までの時間を大幅に短縮することができる。
【００８５】
また、極めて高価なＧＰＳのＰコード利用受信機、ＧＬＯＮＡＳＳ併用受信機とは異なり、ＲＴＫシステムに不可欠なデータ通信装置に極めて単純な装置を一式追加するだけで構成でき、安価なシステムとすることができる。
【００８６】
また、通信用搬送波位相差測定装置から得られる位相差の補正量を記憶しておき、信号中断後に、ＲＴＫ測位を再開する際、記憶されている補正量が使用可能であることを確認した上で、衛星信号搬送波の整数サイクルを決定していることにより、信号中断後の真の位置決定までの時間を、確実に、かつ大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るＲＫＴシステムの構成を示す図。
【図２】本発明の実施例に係る整数サイクル数決定方法を説明する図。
【図３】従来のＲＫＴシステムの構成を示す図。
【図４】従来の、単一の衛星信号による整数サイクル数決定方法を説明する図。
【図５】従来の、複数信号の搬送波位相による整数サイクル数決定方法を説明する図。
【図６】従来の、複数衛星の搬送波位相による整数サイクル数決定方法を説明する図。
【符号の説明】
１ａ  衛星信号受信機
１ｂ  衛星信号受信機
２  データ送出装置
３  データ受信装置
４  データ通信用搬送波発生装置
５  データ通信用搬送波同期装置
６  データ通信用搬送波位相差測定装置
７  データ送出装置
８  データ受信装置
９  データ通信用搬送波位相精度判定装置
１０  データ通信用搬送波位相補正量演算記憶装置
１１  測位中断判定装置
２０  ＲＴＫ測位計算装置
【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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