(57)【要約】【課題】測位精度の低下を最小限に抑えつつ、単一エポックの衛星データに基づいて測位を行うことができる搬送波位相式測位装置の提供。【解決手段】移動局及び既知点で衛星信号を受信して取得する衛星データに基づいて移動局の測位を行う搬送波位相式測位装置３４であって、移動局３０及び既知点２０で受信した衛星信号の搬送波位相の積算値の1重又は２重位相差と、移動局及び既知点で受信した衛星信号のＣ／Ａコード又はＰコード若しくはその類のＰＲＮコードに基づく擬似距離の1重又は２重位相差とを観測量とし、移動局の位置と、搬送波位相の積算値に含まれる整数値バイアスの1重又は２重位相差とを状態変数として、単一エポックの衛星データに基づいて整数値バイアスの整数解を求めて、エポック毎の測位を実現する。【選択図】図５
2009025233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動局及び既知点で衛星信号を受信して取得する衛星データに基づいて移動局の測位を行う搬送波位相式測位装置であって、
移動局及び既知点で受信した衛星信号の搬送波位相の積算値の1重又は２重位相差と、移動局及び既知点で受信した衛星信号のＣ／Ａコード又はＰコード若しくはその類のＰＲＮコードに基づく擬似距離の1重又は２重位相差とを観測量とし、移動局の位置と、搬送波位相の積算値に含まれる整数値バイアスの1重又は２重位相差とを状態変数として、単一エポックの衛星データに基づいて整数値バイアスの整数解を求め、エポック毎の測位を行うこと特徴とする、搬送波位相式測位装置。
【請求項２】
前記状態変数は、各エポック間で共分散の引継ぎを行わないカルマンフィルタ、又は、単一エポックの衛星データに基づく最小二乗法若しくはその類の最小二乗原理を適用して、エポック毎に推定される、請求項１に記載の搬送波位相式測位装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星信号の搬送波位相の積算値を測定して移動局の測位を行う搬送波位相式測位装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、測量の分野では、搬送波位相によるＧＰＳ測量が広く利用されている。この搬送波位相によるＧＰＳ測量では、基準側の受信機と測位側の受信機とが、複数の衛星から送られる衛星信号を同時に受信し、基準側と測位側とで各衛星信号の搬送波位相の積算値をそれぞれ独立に算出する。この搬送波位相の積算値（以下、単に「位相積算値」という）には、搬送波の波長の整数倍に相当する不確定な要素（以下、「整数値バイアス」という）が含まれているが、この整数値バイアスは、時計誤差等とは異なり、位相積算値の一重位相差や二重位相差を取ることによっても消去することができない。このため、ＧＰＳ測量の分野において、位相積算値の三重位相差を取ることで不確定要素である整数値バイアスを消去することや、整数値バイアスそのものを求める技術が提案されている。
【０００３】
ここで、整数値バイアスを確定する技術として、カルマンフィルタを用いる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、測位側の位置と整数値バイアスを状態変数とし、基準側に対する測位側の位相積算値の一重位相差を観測量として、観測を重ねる毎に前記状態変数を更新する追尾フィルタが構成される。また、整数値バイアスを確定するその他の技術として、整数値バイアスを含んだ搬送波の二重位相差を用いて、最小二乗法により所定の条件で二重位相差の整数値バイアスを求める技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−７７２２８号公報
【特許文献２】特開２００３−９８２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、測量の分野で用いられる干渉測位等の相対測位技術は、測位精度が重視されるので、観測時間を伸ばすために測位側を長時間(例えば一時間程度)固定して、多エポックの観測データを用いることが一般的である。また、RTK  GPS（Real  Time  Kinematic  GPS）では、整数値バイアス確定後は測位側が移動しても測位の継続が可能であるが、整数値バイアスを確定するまでは測位側を固定することが必要であり、車両のような比較的移動性の高い移動体に適用することが困難である。
【０００５】
そこで、本発明は、測位精度の低下を最小限に抑えつつ、単一エポックの衛星データに基づいて測位を行うことができ、それ故に、車両のような比較的移動性の高い移動体に対して好適となる搬送波位相式測位装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の一局面によれば、移動局及び既知点で衛星信号を受信して取得する衛星データに基づいて移動局の測位を行う搬送波位相式測位装置であって、
移動局及び既知点で受信した衛星信号の搬送波位相の積算値の1重又は２重位相差と、移動局及び既知点で受信した衛星信号のＣ／Ａコード又はＰコード若しくはその類のＰＲＮコードに基づく擬似距離の1重又は２重位相差とを観測量とし、移動局の位置と、搬送波位相の積算値に含まれる整数値バイアスの1重又は２重位相差とを状態変数として、単一エポックの衛星データに基づいて整数値バイアスの整数解を求め、エポック毎の測位を行うことを特徴とする、搬送波位相式測位装置が提供される。
【０００７】
本局面において、前記状態変数は、各エポック間で共分散の引継ぎを行わないカルマンフィルタ、又は、単一エポックの衛星データに基づく最小二乗法若しくはその類の最小二乗原理を適用して、エポック毎に推定されてよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、測位精度の低下を最小限に抑えつつ、単一エポックの衛星データに基づいて測位を行うことができる搬送波位相式測位装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００１０】
図１は、本発明に係る搬送波位相式測位システムの構成図である。図１に示すように、ＧＰＳ測位システムは、地球周りを周回するＧＰＳ衛星１０と、地球上の所定位置（既知点）に設置される固定型の基準局２０と、地球上に位置し地球上を移動しうる移動局３０とから構成される。
【００１１】
ＧＰＳ衛星１０は、航法メッセージを地球に向けて常時放送する。航法メッセージには、対応するＧＰＳ衛星１０に関する軌道情報、時計の補正値、電離層の補正係数が含まれている。航法メッセージは、Ｃ／Ａコードにより拡散されＬ１搬送波（周波数：1575.42ＭＨz）に乗せられて、地球に向けて常時放送されている。
【００１２】
尚、現在、２４個のＧＰＳ衛星１０が高度約２０，０００ｋｍの上空で地球を一周しており、各４個のＧＰＳ衛星１０が５５度ずつ傾いた６つの地球周回軌道面に均等に配置されている。従って、天空が開けている場所であれば、地球上のどの場所にいても、常時、少なくとも５個以上のＧＰＳ衛星１０が観測可能である。
【００１３】
図２は、図１の搬送波位相式ＧＰＳ測位システムのより詳細な構成図である。移動局３０は、ＧＰＳ受信機３２を備える。ＧＰＳ受信機３２内には、その周波数がＧＰＳ衛星１０の搬送周波数と一致する発振器（図示せず）が内蔵されている。ＧＰＳ受信機３２は、ＧＰＳアンテナ３２ａを介してＧＰＳ衛星１０から受信した電波（衛星信号）を中間周波数に変換後、ＧＰＳ受信機３２内で発生させたＣ／Ａコードを用いてＣ／Ａコード同期を行い、航法メッセージを取り出す。
【００１４】
また、ＧＰＳ受信機３２は、各ＧＰＳ衛星１０iからの搬送波に基づいて、搬送波位相の位相積算値Φiuを計測する。尚、位相積算値Φiuについて、添え字ｉ（＝１，２，・・・）は、各ＧＰＳ衛星１０iに割り当てられた番号を示し、添え字ｕは移動局３０側での積算値であることを示す。位相積算値Φiuは、次式に示すように、搬送波受信時刻ｔでの発振器の位相Θiu（ｔ）と、ＧＰＳ衛星１０iでの衛星信号発生時の搬送波位相Θiu（ｔ−τ）との差として得られる。
Φiu（ｔ）＝Θiu（ｔ）−Θiu（ｔ−τu）＋Ｎiu＋εiu（ｔ）      式（１）
ここで、τuは、ＧＰＳ衛星１０からＧＰＳ受信機３２までのトラベル時間を示し、εiuは、ノイズ（誤差）を表わす。尚、位相差の観測開始時点では、ＧＰＳ受信機３２は、搬送波位相の１波長以内の位相を正確に測定できるが、それが何波長目に相当するかを確定できない。このため、位相積算値Φiu（ｔ）には、上式に示すように、不確定な要素として整数値バイアスＮiuが導入される。
【００１５】
また、ＧＰＳ受信機３２は、各ＧＰＳ衛星１０iからの各搬送波に乗せられるＣ／Ａコードに基づいて、擬似距離ρiuを計測する。ここで計測される擬似距離ρiuは、以下のように距離誤差等の誤差を含んでいる。
ρiu（ｔ）＝ｃ・τu＋ｂ      式（１−１）
ここで、ｃは光速であり、ｂは、クロックバイアスとも称され、ＧＰＳ受信機３２内の時計誤差による距離誤差に対応する。
【００１６】
移動局３０は、また、携帯電話等の通信機３３を備える。通信機３３は、後述する如く、基準局２０側の携帯電話基地局等のような通信施設２３と双方向通信を行うように構成されている。
【００１７】
基準局２０は、ＧＰＳアンテナ２２ａを備えるＧＰＳ受信機２２を有する。ＧＰＳ受信機２２は、移動局３０のＧＰＳ受信機３２と同様に、各ＧＰＳ衛星１０iからの搬送波に基づいて、次式に示すように、搬送波受信時刻ｔにおける搬送波位相の積算値Φik（ｔ）を計測する。
Φik（ｔ）＝Θik（ｔ）−Θik（ｔ−τk）＋Ｎik＋εik（ｔ）      式（２）
尚、Ｎikは、整数値バイアスを示し、εikは、ノイズ（誤差）を表わす。尚、位相積算値Φikについて、添え字ｋは基準局２０側での積算値であることを示す。
【００１８】
また、ＧＰＳ受信機２２は、各ＧＰＳ衛星１０iからの各搬送波に乗せられるＣ／Ａコードに基づいて、擬似距離ρikを計測する。
ρik（ｔ）＝ｃ・τk＋ｂ      式（２−１）
基準局２０は、計測した位相積算値Φik及び擬似距離ρikを通信施設２３を介して移動局３０に送信する。尚、基準局２０は、所定領域に複数設置されている。各基準局２０と通信施設２３（複数も可）とは、図２に示すように、インターネット等のネットワークを介して接続されてよく、若しくは、各基準局２０毎に通信施設２３が設けられてもよい。前者の構成では、移動局３０は、通信施設２３との間で通信可能な状態である限り、各基準局２０が受信した情報を得ることができる。
【００１９】
図３は、移動局３０に搭載される本発明による搬送波位相式測位装置３４（以下、「測位装置３４」という）の一実施例を示す機能ブロック図である。本実施例の測位装置３４は、演算器４０を中心に構成され、演算器４０には、上述のＧＰＳ受信機３２及び通信機３３に接続されている。演算器４０には、更に、移動局３０に搭載される各種センサ５０が接続される。尚、演算器４０は、ＧＰＳ受信機３２に内蔵されるものであってもよい。また、移動局３０が車両の場合、ＧＰＳ受信機３２及び演算器４０及び／又は通信機３３は、ナビゲーション装置内に実装されてよい。
【００２０】
演算器４０は、マイクロコンピューターから構成されてよく、図３に示すように、衛星位置算出部４２と、整数値バイアス推定部４８とを含む。
【００２１】
衛星位置算出部４２は、ＧＰＳ受信機３２が受信した航法メッセージの軌道情報に基づいて、観測可能な各ＧＰＳ衛星１０iの、時刻ｔにおけるワールド座標系での位置（Ｘi（ｔ）、Ｙi（ｔ）、Ｚi（ｔ））を計算する。尚、ＧＰＳ衛星１０は、人工衛星の１つであるので、その運動は、地球重心を含む一定面内（軌道面）に限定される。また、ＧＰＳ衛星１０の軌道は地球重心を１つの焦点とする楕円運動であり、ケプラーの方程式を逐次数値計算することで、軌道面上でのＧＰＳ衛星１０の位置が計算できる。また、搬送波受信時刻ｔでの各ＧＰＳ衛星１０iの位置（Ｘi（ｔ）、Ｙi（ｔ）、Ｚi（ｔ））は、ＧＰＳ衛星１０の軌道面とワールド座標系の赤道面が回転関係にあることを考慮して、軌道面上でのＧＰＳ衛星１０の位置を３次元的な回転座標変換することで得られる。尚、ワールド座標系とは、図４に示すように、地球重心を原点として、赤道面内で互いに直交するＸ軸及びY軸、並びに、この両軸に直交するＺ軸により定義される。
【００２２】
整数値バイアス推定部４８では、各ＧＰＳ衛星１０iに係る観測データ（特に、移動局３０が通信機３３を介して受信する基準局２０側の位相積算値Φik、及び、移動局３０側の位相積算値Φiu）に基づいて整数値バイアスが推定される。以下、その手順を説明する。
【００２３】
時刻ｔにおける２つのＧＰＳ衛星１０j、１０h（ｉ＝ｊ、ｈ、但し、ｊ≠ｈ）に関する位相積算値の２重位相差は、次式となる。
Φjhku＝（Φjk（ｔ）−Φju（ｔ））−（Φhk（ｔ）−Φhu（ｔ））      式（７）
一方、位相積算値の２重位相差Φjhkuは、（ＧＰＳ衛星１０iとＧＰＳ受信機２２若しくは３２との距離）＝（搬送波の波長Ｌ）×（位相積算値）という物理的な意味合いから、次のようになる。
【００２４】
【数１】
2009025233.tif 000003
ここで、式（８）における［Ｘk（ｔ）、Ｙk（ｔ）、Ｚk（ｔ）］は、時刻ｔにおける基準局２０のワールド座標系における座標値（既知）であり、［Ｘu（ｔ）、Ｙu（ｔ）、Ｚu（ｔ）］は、時刻ｔにおける移動局３０の座標値（未知）であり、［Ｘj（ｔ）、Ｙj（ｔ）、Ｚj（ｔ）］及び［Ｘh（ｔ）、Ｙh（ｔ）、Ｚh（ｔ）］は、時刻ｔにおける各ＧＰＳ衛星１０j、１０hの座標値（衛星位置算出部４２により算出）である。Ｎjhkuは、整数値バイアスの２重位相差である（即ち、Ｎjhku＝（Ｎjk−Ｎju）−（Ｎhk−Ｎhu））。尚、時刻ｔは、例えばGPS時刻で同期が取られているものとする。
【００２５】
また、時刻ｔにおける２つのＧＰＳ衛星１０j、１０h（ｉ＝ｊ、ｈ、但し、ｊ≠ｈ）に関する擬似距離の２重位相差は、次式となる。
ρjhku＝（ρjk（ｔ）−ρju（ｔ））−（ρhk（ｔ）−ρhu（ｔ））      式（７−２）
擬似距離の２重位相差ρjhkuは、次のように表せる。
【００２６】
【数２】
2009025233.tif 000004
ここで、式（８−２）における［Ｘk（ｔ）、Ｙk（ｔ）、Ｚk（ｔ）］、［Ｘu（ｔ）、Ｙu（ｔ）、Ｚu（ｔ）］、［Ｘj（ｔ）、Ｙj（ｔ）、Ｚj（ｔ）］及び［Ｘh（ｔ）、Ｙh（ｔ）、Ｚh（ｔ）］は、同様であり、ｂjhkuはクロックバイアスの２重位相差である。また、時刻ｔは、例えばGPS時刻で同期が取られているものとする。
【００２７】
整数値バイアス推定部４８では、次の状態方程式が設定される。
η（ｉ＋１）＝Ｆ・η（ｉ）＋ｕ（ｉ）      式（９）
ここで、η（ｉ）は、観測周期ｉ（＝１，２．．．）での状態変数を表わし、移動局３０の位置［Ｘu（ｉ）、Ｙu（ｉ）、Ｚu（ｉ）］、及び、nz個のＧPS衛星１０１〜nzが観測可能な場合の整数値バイアスの２重位相差である。即ち、η＝［Ｘu、Ｙu、Ｚu、Ｎ11ku、Ｎ12ku、．．．、Ｎ1nzku］Ｔである（Ｔは転置を表す）。また、ｕは、外乱（システム雑音：正規性白色雑音）である。
【００２８】
整数値バイアス推定部４８では、次の観測方程式が採用される。
Ｚ（ｉ）＝Ｈ（ｉ）・η（ｉ）＋Ｖ（ｉ）      式（１０）
を用いて、ここで、Ｚ及びＶは、それぞれ、観測量及び観測ノイズ（正規性白色雑音）を示す。式（１０）の観測量Ｚは、位相積算値の２重位相差Φjhku（上記式（７）参照）及び擬似距離の２重位相差ρjhku（上記式（７−２）参照）である。即ち、Ｚ＝［Φ11ku、Φ12ku、．．．、Φ1nzku、ρ12ku、ρ12ku、．．．、ρ1nzku］Ｔである。上記式（９）の状態方程式は線形であるが、観測量Ｚは、状態変数Ｘu、Ｙu及びＺuに関して非線形であるため、式（８）及び式（８−２）の各項が状態変数Ｘu、Ｙu及びＺuのそれぞれで偏微分され、上記式（１０）の観測行列Ｈが求められる。
【００２９】
【数３】
2009025233.tif 000005
但し、数３のＨ１は、観測量Ｚ＝［Φ11ku、Φ12ku、．．．、Φ1nzku］Ｔとした場合の観測行列であり、数３のＨ２は、観測量Ｚ＝［ρ12ku、ρ12ku、．．．、ρ1nzku］Ｔとした場合の観測行列であり、観測行列Ｈは、２つの観測行列Ｈ１、Ｈ２が組み込まれた形となる。
【００３０】
上記式（９）の状態方程式及び上記式（１０）の観測方程式に対するカルマンフィルタは以下のように導出できる。
時間更新として、
η（ｉ）（−）＝η（ｉ−１）（＋）      式（１１）
Ｐ（ｉ）（−）＝Ｐ（ｉ−１）（＋）＋Ｑ（ｉ−１）      式（１２）
また、観測更新として、
Ｋ（ｉ）＝Ｐ（ｉ）（−）・ＨＴ（ｉ）・（Ｈ（ｉ）・Ｐ（ｉ）（−）・ＨＴ（ｉ）＋Ｒ（ｉ））−１      式（１３）
η（ｉ）（＋）＝η（ｉ）（−）＋Ｋ（ｉ）・（Ｚ（ｉ）−Ｈ（ｉ）・η（ｉ）（−））      式（１４）
Ｐ（ｉ）（＋）＝Ｐ（ｉ）（−）−Ｋ（ｉ）・Ｈ（ｉ）・Ｐ（ｉ）（−）      式（１５）
ここで、Ｑ，Ｒは、外乱ｕの共分散行列及び観測ノイズＶの共分散行列をそれぞれ表わす。尚、上記式（１１）及び式（１４）がフィルタ方程式、上記式（１３）がフィルタゲイン、上記式（１２）及び式（１５）が共分散方程式となる。η（ｉ）（−）及びη（ｉ）（＋）は、それぞれ予測値及び推定値であり、Ｐ（ｉ）（−）及びＰ（ｉ）（＋）は、それぞれ予測誤差共分散及び推定誤差共分散であり、η（ｉ）（−）及びη（ｉ）（＋）の推定精度を表している。また、上記式（１４）は、推定値η（ｉ）（＋）は、予測値η（ｉ）（−）に、観測予測誤差にカルマンゲインＫ（修正ゲイン）を乗じたものを補正項として加えることで導出されることを示している。
【００３１】
図５は、本実施例の測位装置３４により実行される主要処理を示すフローチャートである。図５に示す処理ルーチンは、エポック毎（観測周期毎）に実行される。
【００３２】
先ずステップ１００において、衛星情報（各ＧＰＳ衛星１０ｉの位置情報、各ＧＰＳ衛星１０ｉに対する基準局２０側の位相積算値、擬似距離、及び、各ＧＰＳ衛星１０ｉに対する移動局３０側の位相積算値、擬似距離）が観測周期毎に取得される。
【００３３】
続くステップ１１０では、今回の観測周期で得た衛星情報を用いて、２重位相差によるデータ生成が行われる。具体的には、ｉ番目のエポックでは、観測量Ｚ（ｉ）＝［Φ11ku（ｉ）、Φ12ku（ｉ）、．．．、Φ1nzku（ｉ）、ρ12ku（ｉ）、ρ12ku（ｉ）、．．．、ρ1nzku（ｉ）］Ｔが生成される。
【００３４】
次いで、ステップ１２０では、コード2重位相差による初期位置算出処理が実行される。具体的には、衛星信号に含まれるＣ／Ａコードのコード2重位相差、即ち（ρ12ku（ｉ）、ρ12ku（ｉ）、．．．、ρ1nzku（ｉ））を用いて、最小二乗法若しくはカルマンフィルタにより移動局３０の位置を推定する。この推定値［Ｘu’、Ｙu’、Ｚu’］は、後のステップ１４０においてカルマンフィルタ適用時の初期値として用いられ、解の収束を早める機能を果たす。
【００３５】
次いで、ステップ１３０では、コード2重位相差による初期バイアス値算出処理が実行される。具体的には、ステップ１２０で推定した移動局３０の位置［Ｘu’、Ｙu’、Ｚu’］に基づいて、整数値バイアスの２重位相差の初期値（初期バイアス値）が推定される。この推定値［Ｎ11ku’、Ｎ12ku’、．．．、Ｎ1nzku’］は、同様に、続くステップ１４０においてカルマンフィルタ適用時の初期値として用いられ、解の収束を早める機能を果たす。
【００３６】
続くステップ１４０では、上記ステップ１１０で求めた観測量Ｚ（ｉ）に対して、上記ステップ１２０及び１３０で求めた推定値を状態変数ηの初期値としてカルマンフィルタを適用し、今回のエポックの衛星情報に基づく最適な推定値η（ｉ）（＋）を導出し、整数値バイアスの推定値を求める。この際、誤差共分散行列Ｐ（ｉ）（−）（上記式（１２）参照）は、エポック毎に毎回初期化され、エポック間で共分散の引き継ぎが行われない。誤差共分散行列Ｐ（ｉ）（−）における共分散の初期値は、１例として対角成分を100/3とし、それ以外を０としてよい。但し、初期値は、必ずしも所定値である必要は無く、尤もらしい可変値が採用されてよい。
【００３７】
続くステップ１５０では、測位解を算出・出力する処理が実行される。上記ステップ１４０から得られる整数値バイアスの推定値は、実数解として求められる。しかし、整数値バイアスは、実際には整数値であるので、求めた実数解に対して最も近い整数解（即ち、波数）を求める。この手法としては、整数値バイアスの無相関化をはかり、整数解の探索空間を狭めて解を特定するＬＡ  ＭＢＤＡ法等が使用されてよい。このようにして整数値バイアスの整数解が確定されると、移動局３０の位置が、当該整数値バイアスの整数解を用いた算出される。
【００３８】
以上のステップ１００乃至１５０の各処理は、エポック毎に独立的に実行され、各エポック間での状態変数ηや共分散（誤差共分散行列P）の引継ぎが行われず（即ち、上述の如くエポック毎に初期値を代入する）、シングルエポックによる測位が実現されている。
【００３９】
かかるエポックbyエポックによる測位は、整数値バイアスの確定及びそれに基づく測位がシングルエポックで可能となるので非常に有用である。また、前回エポックでの推定（測位）結果が今回エポックの推定結果に影響を及ぼさない故に、例えば移動局３０が車両のような比較的移動性の高い移動体であっても、当該移動体の移動方向の急な変化（例えばカーブ走行）時に生じうるオーバーシュート等が防止され、比較的高い精度の測位結果を得ることができる（図６参照）。
【００４０】
また、エポックbyエポックによる測位は、前回エポックでの推定（測位）結果が今回エポックの推定結果に影響を及ぼさない故に、各エポック内で生じうる位相積算値のサイクルスリップの影響を受けることがなくなる。尚、サイクルスリップとは、一エポック内におけるＧＰＳ衛星１０ｉからの衛星信号（電波）の瞬間的な中断（瞬断）に起因して当該エポックに係る位相積算値に整数部の繰り上がり、繰り下がりが生じる場合を主に言う。
【００４１】
更に、本実施例によれば、上述の如く、位相積算値の２重位相差Φjhku（上記式（７）参照）のみならず、擬似距離の２重位相差ρjhkuをも観測量として用いるので、位相積算値の２重位相差Φjhkuのみを観測量として用いる従来的な構成に比べて、各エポックで得られる測位結果の精度の低下を最小限に抑えることができる。
【００４２】
これに関して、ＧＰＳ受信機２２、３２が、GPS衛星１０から発射されるＬ１波及びＬ２波（周波数：1227.6ＭＨz）の双方を受信可能な２周波受信機である場合には、Ｌ２波に対する位相積算値の２重位相差Φjhkuが追加的若しくは代替的に観測量Zとして用いられてよい。また、他の帯域の搬送波（例えば、今後追加が予定されているL5帯の電波）に対する位相積算値の２重位相差Φjhkuが追加的若しくは代替的に観測量Zとして用いられてよい。
【００４３】
同様に、擬似距離の２重位相差ρjhkuについても、Ｃ／Ａコード以外の同様のＰＲＮコード（擬似雑音符号）（例えば、Ｐコード等）に基づく擬似距離の1重又は2重位相差ρjhkuが、追加的若しくは代替的に観測量Zとして用いられてよい。
【００４４】
図６は、本実施例による測位装置３４により実現される高い測位精度を実証する試験データである。図６（Ａ）は、本実施例によるエポック毎の測位による測位結果を緯度・経度で示している。図６（Ｂ）は、対照として、エポック毎に共分散等の引継ぎを行う構成による測位結果を示している。
【００４５】
エポック毎に共分散等の引継ぎを行う場合には、図６（Ｂ）に示すように、移動体３０（車両）がカーブ等を走行する際に、当該移動の大きな変化に追従できず（オーバーシュート）、測位精度が悪くなるのに対して、本実施例のアルゴリズムが適用された場合、図６（Ａ）に示すように、前回エポックでの推定（測位）結果が今回エポックの推定結果に影響を及ぼさない故に、上記のようなオーバーシュートが無く、良好な測位精度を得ることが可能となっている。
【００４６】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００４７】
例えば、上述した実施例では、上記式（９）の状態方程式及び上記式（１０）の観測方程式にカルマンフィルタを適用するものであったが、本発明は、最小二乗法やベイズ法等の他の推定手法を適用する構成に対しても適用可能である。この場合も、エポック毎に得られる観測量と状態変数との関係に対して最小二乗原理を適用して、同様に高い精度の測位解を得ることが可能である。
【００４８】
また、上述した実施例では、解の収束を早めるため、上記ステップ１２０、１３０の初期位置及び初期バイアス値算出処理が採用されているが、上記ステップ１２０、１３０の処理が省略されてもよく、また、初期位置及び初期バイアス値の何れか一方が初期値として用いられない場合があってもよい。また、初期位置等は、他の如何なる適切な方法で算出されてもよく、例えば式（１）の関係（時計誤差等を無視）を用いて擬似距離から初期バイアス値を求めてもよい。上記ステップ１２０、１３０の処理が省略される場合、状態変数ηの初期値は、所定の値であってよく、又は、例えば先験情報等に基づく尤もらしい値が採用されてもよい。
【００４９】
また、上述した実施例では、前回エポックでの推定（測位）結果が今回エポックの推定結果に影響を及ぼさないように、状態変数ηや誤差共分散行列Ｐの初期化をエポック毎に行う測位方法のみが開示されているが、状態変数ηや誤差共分散行列Ｐの初期化を行うことなく、通常的なカルマンフィルタの適用によりエポック毎に状態変数ηや誤差共分散行列Ｐを更新（引継ぎ）していく測位方法が、上記測位方法と並列的若しくは切り替え可能な態様で採用されてもよい。
【００５０】
また、上述した実施例において、移動局３０が車両の場合、車両の移動に起因した車両特有の動的状態量を考慮するため、車両に搭載される各種センサ（例えば車速センサ）に基づく車両の移動速度等の動的状態量を既知入力Ｕとして、カルマンフィルタに導入してもよい。また、移動局３０の移動履歴から該移動局３０の現時刻の状態を予測する移動体モデルをカルマンフィルタに導入してもよい。この場合、移動体モデルは、位置、速度、加速度、加加速度（加速度の微分値）のような移動局３０の移動状態を表すことができる任意のパラメータを用いて構成されてよい。例えば、移動局３０の速度ｖを一次のマルコフ過程と仮定して移動体モデルを構成して、カルマンフィルタに導入してもよい。
【００５１】
また、上述した実施例では、上述の如く２重位相差を取ることでＧＰＳ受信機２２，３２内での発振器の初期位相、及び、時計誤差等の影響を消去しているが、ＧＰＳ衛星１０の初期位相及びＧＰＳ時計誤差のみを消去できる一重位相差を取る構成であってもよい。また、本実施例では、電離層屈折効果、対流圏屈折効果及びマルチパスの影響を無視しているが、これらを考慮するものであってもよい。
【００５２】
また、上述の説明では、便宜上、ＧＰＳ衛星１０１を参照衛星としている場合があるが、移動局３０と基準局２０の位置等に依存して、他のＧＰＳ衛星１０ｉ（＝２，３・・・）が参照衛星となりえる。
【００５３】
また、上述の説明では、移動局３０の例として車両を挙げたが、移動局３０は、受信機３２及び／又は演算器４０が実装されたホークリフト、ロボットや、受信機３２及び／又は演算器４０を内蔵する携帯電話等の情報端末を含む。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る搬送波位相式ＧＰＳ測位システムの構成図である。
【図２】図１の搬送波位相式ＧＰＳ測位システムのより詳細な構成図である。
【図３】移動局３０に搭載される本発明による測位装置３４の一実施例を示す機能ブロック図である。
【図４】ワールド座標系とローカル座標系との関係、及び、ローカル座標系とボディ座標との関係を示す図である。
【図５】本実施例の測位装置３４により実現される処理のフローチャートである。
【図６】本実施例による測位装置３４により実現される高い測位精度を実証する試験データである。
【符号の説明】
【００５５】
１０    ＧＰＳ衛星
２０    基準局
２２    基準局側ＧＰＳ受信機
３０    移動局
３２    移動局側ＧＰＳ受信機
３４    搬送波位相式測位装置
４０    演算器
４２    衛星位置算出部
４８    整数値バイアス推定部
【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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