(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
その座標値が既知である設置位置とＧＰＳ衛星からのＧＰＳ情報に基き補正情報を求めて送信する基準局と、移動体に搭載されると共に、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ情報と前記基準局の補正情報に基いて該移動体の測位を行う移動局からなるＧＰＳ測位システムにおいて、
前記基準局はＧＰＳ情報を受信するＧＰＳアンテナと、前記ＧＰＳアンテナを支える架台と、ＧＰＳ情報を解析して衛星軌道情報を算出するＧＰＳ受信機と、算出された衛星軌道情報と基準局周囲の遮蔽物による遮蔽情報に基づいて捕捉衛星数がより多くなるアンテナ位置を検出してその移動量を算出すると共に、移動したアンテナ位置での補正情報を生成して送信するコンピュータと、前記算出された移動量に基づいて前記架台を移動するアクチュエータと、を備え、
前記移動量の情報および前記設置位置から前記補正情報を生成することを特徴とするＧＰＳ測位システム。
【請求項２】
設置位置の座標値が既知である基準局がＧＰＳ衛星からのＧＰＳ情報に基いて補正情報を生成して送信し、移動体に搭載された移動局がＧＰＳ衛星からのＧＰＳ情報と前記基準局の補正情報とに基いて該移動体位置の測位を行うＧＰＳ測位方法において、
前記基準局はＧＰＳアンテナで受信したＧＰＳ情報を解析して衛星軌道情報を算出し、算出された衛星軌道情報と基準局周囲の遮蔽物による遮蔽情報に基づいて捕捉衛星数がより多くなるアンテナ位置を検出してその移動量を算出し、算出された移動量に基づいてＧＰＳアンテナを移動させ、前記移動量の情報および前記設置位置から前記補正情報を生成して移動局に送信することを特徴とするＧＰＳ測位方法。
【請求項３】
その座標値が既知である設置位置とＧＰＳ衛星からのＧＰＳ情報に基き補正情報を生成して、移動局に送信するＧＰＳ測位システムにおける基準局であって、
前記基準局はＧＰＳ情報を受信するＧＰＳアンテナと、前記ＧＰＳアンテナを支える架台と、ＧＰＳ情報を解析して衛星軌道情報を算出するＧＰＳ受信機と、算出された衛星軌道情報と基準局周囲の遮蔽物による遮蔽情報に基づいて捕捉衛星数がより多くなるアンテナ位置を検出してその移動量を算出するコンピュータと、算出された移動量に基づいて前記架台を移動するアクチュエータと、を備え、
前記移動量の情報および前記設置位置から前記補正情報を生成することを特徴とするＧＰＳ測位システムにおける基準局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳ衛星の情報を利用して移動局を測位するＧＰＳ測位システムに関し、特に基準局から補正情報を受けて、より正確に移動局を測位するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ衛星を利用した測位システムとしては、カーナビゲーションなどが挙げられるが、これらの多くはＧＰＳ移動局（ＧＰＳを載せた車）による単独測位であるため、精度が５０ｍ〜１０ｍと悪い。これは、ＧＰＳ衛星からの電波信号が地上のＧＰＳアンテナに到達する過程で、大気中を通過するときの電波伝播遅延などで誤差を含んだ状態になるためである。
【０００３】
この改善策として、予め決められた絶対座標値にＧＰＳ基準局のアンテナを設置して、アンテナ位置の測位を行い、この測位に基いて補正信号を生成して移動局に送信する相対測位方式がある。その原理は、ＧＰＳ基準局での測位結果（座標値）は予め決められた絶対座標値と一致するはずであるが、実際は先に述べた電波伝播遅延などの影響で、その絶対座標値と異なる位置が測位されることになる。ＧＰＳ基準局（アンテナ）の絶対座標値と測位した座標値の差分（誤差）は、補正情報としてＧＰＳ基準局からＧＰＳ移動局に無線伝送し、ＧＰＳ移動局において精度改善された位置を得ることができる。なお、ＧＰＳ基準局での前記差分（誤差）は、移動局でも同等に含まれていることを前提としている。
【０００４】
前記相対測位方式としては、ＤＧＰＳ（ディファレンシャルＧＰＳ）やＲＴＫＧＰＳ（リアルタイムキネマテックＧＰＳ）測位などの高精度測位が挙げられる。ここで、精度を維持するためには、基準局と移動局の両方で同時に捕捉できる共通衛星数の数が重要であり、移動局と基準局の一方で多くの衛星を捕捉しても他方での衛星捕捉数が少ないと、共通衛星が少なくなり測位精度に影響を及ぼす。
【０００５】
衛星捕捉数（可視衛星数）は、その設置場所の周辺環境（ＧＰＳ電波の遮蔽構造物の有無など）に依存するため、予め衛星捕捉の影響の少ない場所を選んで設置している。
【０００６】
特許文献１には、移動局で多数の衛星を捕捉出来るようにアンテナを移動、または複数アンテナから最適アンテナを選択するものが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１７８６４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１は、移動局で出来るだけ多くの衛星を捕捉出来るようにしたものであるが、基準局につては考慮されていない。都市部においては、基準局の設置後にその周りにビルが建設される場合や、既存のビルの間に基準局を設置せざるを得ない場合が多々あり、このようなビルはＧＰＳ電波の遮蔽構造物となり、測位精度に影響を及ぼす。
【０００９】
本発明の目的は、周りに遮蔽構造物がある環境においても、ＧＰＳ基準局で衛星をより多く捕捉できるＧＰＳ測位システム及びＧＰＳ測位方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、設置位置とＧＰＳ衛星からのＧＰＳ情報に基き補正情報を生成して送信する基準局と、移動体に搭載されると共に、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ情報と前記基準局の補正情報に基いて該移動体の測位を行う移動局からなるＧＰＳ測位システムにおいて、前記基準局はＧＰＳ情報を受信するＧＰＳアンテナと、前記ＧＰＳアンテナを支える架台と、ＧＰＳ情報を解析して衛星軌道情報を算出するＧＰＳ受信機と、算出された衛星軌道情報に基づいて捕捉衛星数がより多くなるアンテナ位置を検出してその移動量を算出するコンピュータと、算出された移動量に基づいて前記架台を移動するアクチュエータを備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、前記基準局はＧＰＳ情報を受信するＧＰＳアンテナと、前記ＧＰＳアンテナを支える架台と、ＧＰＳ情報を解析して衛星軌道情報を算出するＧＰＳ受信機と、算出された衛星軌道情報に基づいて捕捉衛星数がより多くなるアンテナ位置を検出してその移動量を算出すると共に、移動したアンテナ位置での補正情報を生成して送信するコンピュータと、前記算出された移動量に基づいて前記架台を移動するアクチュエータを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、前記基準局はＧＰＳ情報を受信するＧＰＳアンテナと、前記ＧＰＳアンテナを支える架台と、ＧＰＳ情報を解析して衛星軌道情報を算出するＧＰＳ受信機と、算出された衛星軌道情報と基準局周囲の遮蔽物による遮蔽情報に基づいて捕捉衛星数がより多くなるアンテナ位置を検出してその移動量を算出すると共に、移動したアンテナ位置での補正情報を生成して送信するコンピュータと、前記算出された移動量に基づいて前記架台を移動するアクチュエータを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、設置位置が特定されている基準局がＧＰＳ衛星からのＧＰＳ情報に基いて補正情報を生成して送信し、移動体に搭載された移動局がＧＰＳ衛星からのＧＰＳ情報と前記基準局の補正情報とに基いて該移動体位置の測位を行うＧＰＳ測位方法において、前記基準局はＧＰＳアンテナで受信したＧＰＳ情報を解析して衛星軌道情報を算出し、算出された衛星軌道情報に基づいて捕捉衛星数がより多くなるアンテナ位置を検出してその移動量を算出し、算出された移動量に基づいてＧＰＳアンテナを移動させることを特徴とする。
【００１４】
また、前記基準局はＧＰＳアンテナで受信したＧＰＳ情報を解析して衛星軌道情報を算出し、算出された衛星軌道情報に基づいて捕捉衛星数がより多くなるアンテナ位置を検出してその移動量を算出し、算出された移動量に基づいてＧＰＳアンテナを移動させ、受信したＧＰＳ情報と移動後のＧＰＳアンテナ位置とに基いて補正情報を生成して移動局に送信することを特徴とする。
【００１５】
さらに、前記基準局はＧＰＳアンテナで受信したＧＰＳ情報を解析して衛星軌道情報を算出し、算出された衛星軌道情報と基準局周囲の遮蔽物による遮蔽情報に基づいて捕捉衛星数がより多くなるアンテナ位置を検出してその移動量を算出し、算出された移動量に基づいてＧＰＳアンテナを移動させ、受信したＧＰＳ情報と移動後のＧＰＳアンテナ位置とに基いて補正情報を生成して移動局に送信することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＧＰＳ基準局の設置場所を移動できるようなレールの上に、ＧＰＳ基準局を固定し、常に最大数の衛星捕捉ができるようにアルマナック情報に基づいて、レール上の基準局を移動させながら測位を行うことで、いつも衛星捕捉数を多い状態での基準局の運用を実現できる。また、基準局のＧＰＳアンテナの座標値に対応した補正情報を生成し送信することで、移動しながらの状態で基準局としての役割を実現するため、ＧＰＳ基準局設置場所の遮蔽の影響を低減したかたちで基準局の機能を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施例を説明する。図１に、実施例を適用するＧＰＳ測位方式の概念を示す。１０は基準局で、ＧＰＳアンテナ、ＧＰＳ受信機、補正情報送信用無線機及び無線送信アンテナを内蔵する。１１は移動局で、ＧＰＳアンテナ、ＧＰＳ受信機、補正情報受信用無線機及び無線受信アンテナを内蔵する。基準局１０からは無線送信アンテナと無線受信アンテナを介してＧＰＳ補正情報が移動局１１に送られ、相対測位方式で測位される。
【００１８】
基準局１０と移動局１１では、前述したように両方で同時に共通のＧＰＳ衛星を捕捉する必要がある。図１では、移動局１１と基準局１０の上空には合計で７個のＧＰＳ衛星が存在する状態を示している。しかし、基準局１０と移動局１１の周辺環境の遮蔽物（ビル、広告塔など）の影響により、共通で捕捉可能な衛星は１２〜１５の４個しかないことを例示している。残り３個は基準局１０か移動局１１の片方でしか捕捉できない衛星となる例を示している。即ち、衛星１６，１７はＧＰＳ基準局１０のみで捕捉可能で、衛星１８は移動局１１でのみ捕捉可能である。
【００１９】
図２に、実施例の基準局１０の機器構成を示す。基準局１０は、予め絶対座標が明確になっている場所に設置される。１０５は剛性をもったリニアガイドレール１０６上を移動走行する機器搭載架台で、この上にはＧＰＳアンテナ１０１、ＧＰＳ受信機１０２、移動量算出コンピュータ１０３、機器搭載架台１０５を移動駆動するサーボモータアクチュエータの駆動指令制御を行うサーボアンプ１１０、サーボアンプからの指令で機器搭載架台１０５を移動させるアクチュエータ（サーボモータ）１０４が搭載される。
【００２０】
また、機器搭載架台１０５の実際の移動量を把握するために架台移動用車輪１１１の回転量を検出する移動量検出エンコーダ１０７、ＧＰＳアンテナ１０１の位置に対応した絶対座標値を含む補正情報を送信するための補正情報送信用無線機１０８、無線機１０８のアンテナ１０９も搭載される。上記のように基準局１０は、リニアガイドレール１０６上を可動式に構成される。
【００２１】
図３に、機器搭載架台１０５上の各機器の接続ブロック図を示す。ＧＰＳアンテナ１０１はＧＰＳアンテナケーブル２０８を介してＧＰＳ受信機１０２に接続される。ＧＰＳ受信機１０２と移動量算出コンピュータ１０３は、ＲＳ２３２Ｃシリアル通信ケーブル２０９で接続される。移動量算出コンピュータ１０３とサーボアンプ１１０の間は、シリアル通信ケーブル２１０で接続される。サーボアンプ１１０とアクチュエータであるサーボモータ１０４の間は、サーボモータ動力線２１１で接続される。
【００２２】
機器搭載架台１０５上に搭載されるＧＰＳアンテナ１０１の移動量（架台１０５の移動量）を検出するために、架台移動用車輪１１１と結合された移動量検出エンコーダ１０７を設けている。移動量検出エンコーダ１０７と移動量算出コンピュータ１０３の間は、カウンタ信号ケーブル２１２で接続される。また、移動量検出エンコーダ１０７で使用できる電源電圧（ＤＣ２４Ｖ）にＡＣ１００Ｖから変換するために電源コンバータ２０６も搭載する。
【００２３】
上記構成において、ＧＰＳ受信機１０２は衛星から受信したＧＰＳ情報を解析して衛星軌道情報（アルマナックデータ）を算出する。移動量算出コンピュータ１０３は、算出された衛星軌道情報と周囲の遮蔽物による予め登録された遮蔽情報に基き、リニアガイドレール１０６上で最大の衛星を補足できるアンテナ位置を求め、この位置と現在位置からの距離を移動情報として算出する。この移動情報はサーボアンプ１１０を介してアクチュエータ１０４に送られる。
【００２４】
図４に基準局１０のアンテナ位置と遮蔽物による遮蔽状態との関係を示す。ＧＰＳアンテナ１０１はビルＡの屋上に設置されると仮定する。図４（１）に、ＧＰＳアンテナ１０１がリニアガイドレール１０６上のＸ位置にある場合の、ビルＢによる遮蔽部分３０２を示す。また、図４（２）に、ＧＰＳアンテナ１０１がリニアガイドレール１０６上のＺ位置にある場合の、ビルＣによる遮蔽部分３０４を示す。
【００２５】
図５は、アンテナ１０１が位置Ｚにあるとき、ビルＣによる遮蔽を考慮した場合の衛星軌道情報（アルマナックデータ）から算出した可視衛星（捕捉衛星）の説明図である。図５（２）の衛星軌道情報の格子メッシュで覆われた部分４０１は、ビルＣによる遮蔽情報を示し、それ以外の部分はアンテナ１０１からの可視衛星の範囲である。丸で囲まれた数字と表示位置は、衛星の番号とその時間での位置を示し、曲線は各衛星の軌道を示す。可視衛星の範囲にある衛星をカウントすることにより可視衛星数を把握できる。
【００２６】
図６は、アンテナ１０１が位置Ｘにあるとき、ビルＢによる遮蔽を考慮した場合の衛星軌道情報から算出した可視衛星（捕捉衛星）の説明図である。図６（２）で、衛星軌道情報の格子メッシュで覆われた部分５０１は、ビルＢによる遮蔽情報を示し、それ以外の部分はアンテナ１０１からの可視衛星の範囲である。
【００２７】
図７は、アンテナ１０１が位置ＸとＺの中間位置Ｙにあるとき、ビルＢとビルＣとによる遮蔽を考慮した場合の衛星軌道情報から算出した可視衛星（捕捉衛星）の説明図である。図７（２）で衛星軌道情報の格子メッシュで覆われた部分６０１はビルＣによる遮蔽情報を示し、格子メッシュで覆われた部分６０２はビルＢによる遮蔽情報を示し、それ以外の部分はアンテナ１０１からの可視衛星の範囲である。
【００２８】
図８に基準局１０の移動量算出コンピュータ１０３内での移動量算出処理と補正情報を生成して送信するフローを示す。以下、図８に基いて基準局１０の動作を説明する。
【００２９】
移動量算出コンピュータ１０３を立上げて所定のアプリケーションを立ち上げると次の処理が継続動作する。先ず、処理（ステップ）７０１は、ＧＰＳ受信機１０２で衛星の概略軌道情報であるアルマナックデータを受信する処理である。ＧＰＳ受信機１０２はＧＰＳ衛星から電波信号を捕捉することでアルマナックデータを取得することが出来る。
【００３０】
処理７０２は、予め設定したＧＰＳアンテナ１０１の移動可能位置における遮蔽範囲を示す定義ファイルをメモリから取り込む処理である。図示しないメモリには、基準局１０の設置場所での特有の遮蔽物によって生じる、ＧＰＳアンテナ１０１の移動可能位置における遮蔽範囲を遮蔽情報として定義ファイルに設定されて、予め記憶されている。
【００３１】
処理７０３は、予め登録された定義ファイルの遮蔽情報と、アルマナックデータの衛星軌道配置情報から、ＧＰＳアンテナ１０１の移動可能位置（移動目標位置）毎の可視衛星数を算出する処理である。次の処理７０４は、処理７０３で算出した衛星数について、多い少ないの大小比較を行う。即ち、ＧＰＳアンテナ１０１の移動可能位置（移動目標位置）のうち、どの位置で最も多くの衛星が捕捉できるかをソフトウェアプログラムで比較判断処理する。
【００３２】
処理７０５は、処理７０４で一番多くの衛星が捕捉できるＧＰＳアンテナ１０１の位置が特定されるので、その位置を目指して基準局を移動させるための移動量と方向を算出決定する処理である。
【００３３】
処理７０６は、ＧＰＳアンテナ１０１の移動前の位置（現在位置）の絶対座標値を取り込む処理である。この取込みは、移動前の絶対位置を記憶してその後の移動時のアンテナ位置を明確にするためである。この段階でのＧＰＳ補正情報は、移動前のＧＰＳアンテナ１０１の絶対座標値を設定した条件で、移動局側へ送信される。
【００３４】
処理７０７は、処理７０５で算出された移動量と方向に基づいてアクチュエータ１０４を駆動するために、サーボアンプ１１０に指令値を送出する処理である。この指令値に基づいて、サーボアンプ１１０はモータを正確に駆動し、目標位置へＧＰＳアンテナ１０１を移動させる。
【００３５】
処理７０８は、前記指令後のＧＰＳアンテナ１０１の実際の移動量を把握するために、機器搭載架台１０５の移動量を架台移動用車輪１１１に接続されたエンコーダ１０７の回転量（回転パルス）をカウントし、移動距離として換算する処理である。処理７０９は、処理７０８で算出された実際の移動量と、処理７０６で取得した絶対座標値とから、レール上を移動している（移動中）ＧＰＳアンテナ１０１の絶対座標値を算出する処理である。エンコーダ１０７で回転量をリアルタイムで取得し、その回転量から移動距離を算出して、レール上の絶対座標位置を算出把握する。
【００３６】
処理７１０は、処理７０９で算出したＧＰＳアンテナ１０１の絶対座標値を設定した内容でＧＰＳ補正情報を生成する処理である。ＧＰＳ補正情報は、国際規格で決まっており、ＲＴＣＭ  ＳＣ−１０４規格に準拠した補正情報を生成する。
【００３７】
処理７１１は、処理７１０生成したＧＰＳ補正情報を、移動局に送信する処理である。具体的には、補正情報を基準局１０の補正情報送信用無線機１０８から移動局の補正情報受信ポートへ送信する処理を行う。この段階では、ＧＰＳアンテナ１０１の移動途中の補正情報が移動局に送信される。
【００３８】
処理７１２は、基準局のＧＰＳアンテナ位置が、処理７０７で指令された移動目標位置に到達したかどうかを判定する処理を行う。具体的には、サーボアンプ１１０からの到達完了信号を受けたかどうかで判定する。目標位置に到達していない場合は、処理７０７に戻ってレール１０６上の前記移動処理を継続する。移動完了したと判断した場合には、次の移動指令に従うべく、処理７０１の先頭に戻り順次処理を継続する。
【００３９】
目標位置に移動が完了して停止しているときも処理７０１〜処理７１１を繰り返すが、処理７０９で停止位置での絶対座標値が算出され、処理７１０で停止中の現在位置（絶対座標値）に対応したＧＰＳ補正情報が生成され、処理７１１でこのＧＰＳ補正情報が移動局に送信される。
【００４０】
各衛星は軌道に沿って移動しているため、時間と共に捕獲衛星数が最大となる場所が変化していく。従って、実際には処理７０１〜処理７１１を繰り返しながら基準局のＧＰＳアンテナ１０１の位置が変化することが多いが、どの位置においても常に絶対座標値に対応したＧＰＳ補正情報が生成されて移動局１１に送信され、移動局１１は正確な測位が実行できる。
【００４１】
ＧＰＳアンテナ１０１の位置は、エンコーダ１０７の回転量（回転パルス）をカウントして実際の移動量から把握しているため、常に現実の正確な位置となり、これに基いて正確な補正情報が生成され、送信される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明実施例のＧＰＳ測位方式の概念図。
【図２】本発明実施例のＧＰＳ基準局の機器構成図。
【図３】本発明実施例の機器搭載架台の機器の接続ブロック図。
【図４】本発明実施例のＧＰＳ基準局のアンテナ位置と遮蔽との関係図。
【図５】本発明実施例のアンテナ位置Ｚと遮蔽との説明図。
【図６】本発明実施例のアンテナ位置Ｘと遮蔽との説明図。
【図７】本発明実施例のアンテナ位置Ｙと遮蔽との説明図。
【図８】本発明実施例の基準局のコンピュータの動作フロー図。
【符号の説明】
【００４３】
１０…基準局、１１…移動局、１２〜１８…ＧＰＳ衛星、１０１…ＧＰＳアンテナ、１０２…ＧＰＳ受信機、１０３…移動量算出コンピュータ、１０４…アクチュエータ、１０５…機器搭載架台、１０６…リニアガイドレール、１０７…移動量検知エンコーダ、１０８…補正情報送信用無線機、４０１、５０１、６０１、６０２…遮蔽情報。
【図１】
0005096809.tif 000002
【図２】
0005096809.tif 000003
【図３】
0005096809.tif 000004
【図４】
0005096809.tif 000005
【図５】
0005096809.tif 000006
【図６】
0005096809.tif 000007
【図７】
0005096809.tif 000008
【図８】
0005096809.tif 000009