(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視局と統制局とから成るＷＡＤＧＰＳ（Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）地上システムにおいて、
衛星の電波を受信してその情報を出力する受信器、時刻を出力する時計および、前記情報と前記時刻とを入力して疑似距離を出力する疑似距離計算器とにより監視局を構成し、
各監視局の位置を出力する各監視局位置記憶器、各衛星放送位置を計算して出力する各衛星放送位置計算器、前記各監視局の位置と前記各衛星放送位置を入力して各監視局対各衛星放送方位を計算して出力する各監視局対各衛星放送方位計算器、前記各監視局対各衛星放送方位と前記各監視局の位置と前記各衛星放送位置と前記疑似距離とを入力し観測方程式を構成して出力する観測方程式構成器および、前記観測方程式を入力し、ＧＰＳの誤差要因を推定して出力する誤差要因推定部とにより、統制局を構成し、
前記誤差要因推定部を、前記誤差要因推定部の入力である前記観測方程式を入力して前記観測方程式が解ける条件を判定して出力する解の条件判定器と、前記判定結果を入力して方程式が解けるように誤差要因を分離し、観測方程式を再構成して出力する誤差要因分離器と、前記再構成された観測方程式を入力して疑似逆行列型推定により誤差要因を推定して出力する疑似逆行列型推定器と、当該誤差要因推定部が出力する誤差要因の推定値を入力し、単位時間後に出力する遅延要素と、前記遅延要素が出力する単位時間前の誤差要因の推定値と前記誤差要因分離器が出力する分離された誤差要因の情報を入力し、前記分離された誤差要因に対応する単位時間前の誤差要因の推定値を出力する前回値出力器と、前記各衛星放送位置と前記前回値出力器が出力する単位時間前の誤差要因の推定値を入力し、分離すべき誤差要因を判定して、その判定結果を前記誤差要因分離器に出力する分離誤差要因判定器とにより構成した、
ことを特徴とするＷＡＤＧＰＳ地上システム。
【請求項２】
前記各監視局の位置と前記各衛星放送位置を入力し、各監視局対各衛星放送距離を計算して前記観測方程式構成部に出力する各監視局対各衛星放送方位計算器を前記統制局内に設けたことを特徴とする請求項１記載のＷＡＤＧＰＳ地上システム。
【請求項３】
監視局と統制局とから成るＷＡＤＧＰＳ（Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）地上システムにおいて、
衛星の電波を受信してその情報を出力する受信器、時刻を出力する時計および、前記情報と前記時刻とを入力して疑似距離を出力する疑似距離計算器とにより監視局を構成し、
各監視局の位置を出力する各監視局位置記憶器、各衛星放送位置を計算して出力する各衛星放送位置計算器、前記各監視局の位置と前記各衛星放送位置を入力して各監視局対各衛星放送方位を計算して出力する各監視局対各衛星放送方位計算器、前記各監視局対各衛星放送方位と前記各監視局の位置と前記各衛星放送位置と前記疑似距離とを入力し観測方程式を構成して出力する観測方程式構成器および、前記観測方程式を入力し、ＧＰＳの誤差要因を推定して出力する誤差要因推定部とにより、統制局を構成し、
前記誤差要因推定部を、前記誤差要因推定部の入力である前記観測方程式を入力して、誤差要因を動的な状態として推定して出力する状態推定器と、前記状態を入力し、単位時間後に出力する遅延要素と、前記遅延要素の出力する単位時間前の状態を入力し、動的に前記状態の予測値を求め、これを出力する動的予測器と、推定誤差分散と最適ゲインを計算して前記状態推定器に出力する誤差分散・最適ゲイン計算器と、前記誤差要因推定部の入力である前記観測方程式を入力して前記観測方程式が解ける条件を判定して出力する解の条件判定器と、前記判定結果を入力して方程式が解けるように誤差要因を分離し、観測方程式を再構成して前記状態推定器に出力する誤差要因分離器と、前記各衛星放送位置と前記誤差分散・最適ゲイン計算器が出力する推定誤差分散を入力し、分離すべき誤差要因を判定して、その判定結果を前記誤差要因分離器に出力する分離誤差要因判定器とを備えたことを特徴とするＷＡＤＧＰＳ地上システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、移動体の衛星航法に用いられる各衛星の航法データの誤差要因を推定し、前記移動体に提供するＷＡＤＧＰＳ（Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）地上システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、ＷＡＤＧＰＳの運用を示す図である。図において、５１は航空機等の移動体であり、衛星航法を行うものとする。５２ａ，５２ｂ、および５２ｃはこの衛星航法のための情報を提供する衛星であり、具体的には、前記移動体５１が前記衛星５２ａ，５２ｂ、および５２ｃを観測して、その際に得られる前記それぞれの衛星の位置と時刻とから各衛星までの距離を求め、前記移動体５１の位置を評定することにより、衛星航法が行われる。この衛星は、図８では３個であるが、一般に２個以上である。しかし、これらの衛星のそれぞれの位置と時刻には、自然現象により、あるいは、意図的に誤差要因が含まれることがある。したがって、安全な衛星航法を達成するためには、これらの誤差要因を常に推定して、移動体に知らせる仕組みが必要である。
【０００３】
２ａ，２ｂ，２ｃ、および２ｄは前記衛星５２ａ，５２ｂ、および５２ｃを観測する監視局であり、３は前記監視局２ａ，２ｂ，２ｃ、および２ｄからそれぞれの観測データを入力して上記誤差要因を推定して、前記移動体５１に知らせる統制局である。この監視局は、図８では、４個であるが、一般に２個以上である。１は、前記監視局２ａ，２ｂ，２ｃ、および２ｄと前記統制局３とから構成されるＷＡＤＧＰＳ地上システムである。つまり、前記ＷＡＤＧＰＳ地上システム１が、衛星航法の安全を達成するために上記誤差要因を推定して移動体に知らせる仕組みである。
【０００４】
図９は、Ｃｈａｎｇｄｏｎ  Ｋｅｅ：”Ｗｉｄｅ  ａｒｅａ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ＧＰＳ”，ｉｎ  Ｂｒａｄｆｏｒｄ  Ｗ．Ｐａｒｋｉｎｓｏｎ  ａｎｄ  Ｊａｍｅｓ  Ｊ．Ｓｐｉｌｄｅｒ  Ｊｒ．（Ｅｄｉｔｏｒｓ）：”Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ：Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｖｏｌｕｍｅ  ＩＩ”，ｐｐ．８１−１１５，Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｉｎｃ．，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ＤＣ（１９９６）に示された従来のＷＡＤＧＰＳ地上システムを示すブロック線図である。
【０００５】
図９のブロック線図において、１は、ＷＡＤＧＰＳ地上システム、２ｉは，ｉ番目の監視局、３は、統制局である。
前記ｉ番目の監視局２ｉにおいて、５５ｉは、測角センサ、４ｉは受信器、５ｉは、時計、さらに６ｉは、受信器４ｉと時計５ｉの出力を入力とする疑似距離計算器である。
また、前記統制局３において、７は、各監視局位置記憶器、８は、各衛星放送位置計算器、１０は、前記各監視局位置記憶器７と前記各衛星放送位置計算器８および前記測角センサ５５ｉと前記疑似距離計算器６ｉの出力を入力とする観測方程式構成器、１１は、前記観測方程式構成器１０の出力を入力し、誤差要因の推定値を出力する誤差要因推定部であり、さらに１５は、前記誤差要因推定部１１を構成する疑似逆行列型推定器である。
【０００６】
上述した従来のＷＡＤＧＰＳ地上システムの動作を以下に説明する。
【０００７】
まず、ｉ番目の監視局２ｉにおいて、測角センサ５５ｉは各衛星を観測し、それらの方向ベクトルを出力する。また、受信器４ｉは、各衛星からの電波を受信し、その電波が各衛星から送信された時刻を読み出す。一方、時計５ｉは、前記ｉ番目の監視局２ｉで電波が受信された時刻を出力する。両時刻は、疑似距離計算器６ｉで比較され、その差に光速を乗じた値が、ｉ番目の監視局２ｉから各衛星までの疑似距離として出力される。そして、前記各衛星の方向ベクトルと各衛星までの疑似距離が前記ｉ番目の監視局２ｉの出力となる。
【０００８】
上記のような方位ベクトルと疑似距離は、各監視局２ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）でそれぞれ観測されて、前記統制局３に送信される。したがって、前記統制局３では、各監視局から各衛星への方位ベクトルと、各監視局から各衛星までの疑似距離が集められることとなる。
【０００９】
また、前記統制局３において、各監視局位置記憶器７は、各監視局の位置を記憶しており、その値を出力する。一方、各衛星放送位置計算器８は、各衛星から地上に対して放送されている各衛星の軌道データから、任意の時刻における各衛星の概略位置（各衛星放送位置と呼ぶ）を計算し、その値を出力する。
【００１０】
そして、前記監視局位置記憶器７が出力する各監視局の位置と、前記各衛星放送位置計算器８が出力する各衛星放送位置は、観測方程式構成器１０に入力される。このとき、前記観測方程式構成器１０は、同時に、前記各監視局２ｉ（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）から集められた前記各監視局から各衛星への方位ベクトルと、前記各監視局から各衛星２ａ〜２ｄまでの疑似距離を入力する。
【００１１】
さらに、前記観測方程式構成器１０は、以上のようにして入力された各監視局の位置、各衛星放送位置、各監視局から各衛星への方位ベクトル、および、各監視局から各衛星までの疑似距離を用いて、移動体５１が衛星航法を行う際に障害となる３つの誤差要因を推定するための観測方程式を構成し、出力する。この３つの誤差要因とは、各衛星放送位置と真の位置との差、各衛星の時刻の誤差、そして、各監視局の持つ時計の誤差である。この観測方程式は観測行列、観測ベクトル、および、未知数である誤差要因ベクトルにより、次のように構成される。
【００１２】
【数１】
0003731097.tif 000002
【００１３】
前記観測方程式における観測行列は、前記各監視局から各衛星への方位ベクトルから構成される次式の行列である。
【００１４】
【数２】
0003731097.tif 000003
【００１５】
また、観測ベクトルは、各監視局から各衛星までの疑似距離、各監視局から各衛星への方位ベクトル、各衛星放送位置、および、各監視局の位置から構成される次のベクトルである。
【００１６】
【数３】
0003731097.tif 000004
【００１７】
そして、未知数である誤差要因ベクトルは、３つの誤差要因である、各衛星放送位置と真の位置との差、各衛星の時刻の誤差、そして、各監視局の持つ時計の誤差から構成される次のベクトルである。ただし、監視局の時計は、どれか一つを基準として同期されていればよいから、その基準に対応する分として、１個の未知数を除いている。
【００１８】
【数４】
0003731097.tif 000005
【００１９】
そして、前記誤差要因推定部１１は、前記観測方程式を入力し、前記誤差要因ベクトルを推定して出力する。
【００２０】
前記誤差要因推定部１１内部では、前記疑似逆行列型推定器１５が、前記観測方程式を入力し、前記観測行列の疑似逆行列を構成して、これを観測ベクトルに乗ずることにより、前記誤差要因ベクトルの推定値を計算してこれを出力する。前記誤差要因ベクトルの推定値は、前述のように、前記誤差要因推定部１１の出力であり、さらに前記ＷＡＤＧＰＳ地上システム１の出力となる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＷＡＤＧＰＳ地上システムは、以上のように、前記各監視局から各衛星への方位ベクトルを外部からの入力の一つとして、前記誤差要因ベクトルを推定し、出力していたので、これを観測するための前記測角センサ５５ｉを用意しなければならない。このことは、きわめて高精度の測角センサを要求するので、システム実現のために、設備の複雑化と予算の高額化を招くという課題があった。また、前記誤差要因推定部１１においては、前記疑似逆行列推定器１５により、前記観測行列の疑似逆行列を求めて前記観測方程式を解くだけであるので、未知数の数とデータの数との比較による解の条件が考慮されていない、つまり、未知数の数がデータ数よりも多い場合には、疑似逆行列を乗じて得られる推定値の要素は、未知数の数がデータの数以下の場合のものとは一致しないという課題があった。
【００２２】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、前記測角センサ５５ｉを必要とせず、また、解の条件を考慮した誤差要因推定部の構成をとるＷＡＤＧＰＳ地上システムを得ることを目的とするものである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明によるＷＡＤＧＰＳ地上システムは、各監視局位置記憶装置の出力と各衛星放送位置計算器の出力とを入力とする各監視局対各衛星放送方位計算器を設け、その出力を観測方程式構成器の入力としたものである。
【００２４】
第２の発明によるＷＡＤＧＰＳ地上システムは、各監視局位置記憶装置の出力と各衛星放送位置計算器の出力とを入力とする各監視局対各衛星放送距離計算器を設け、その出力を観測方程式構成器の入力としたものである。
【００２５】
第３の発明によるＷＡＤＧＰＳ地上システムは、誤差要因推定部を、解の条件判定器、および、誤差要因分離器、疑似逆行列型推定器とにより構成するようにしたものである。
【００２６】
第４の発明によるＷＡＤＧＰＳ地上システムは、誤差要因推定部を、解の条件判定器、および、誤差要因分離器、疑似逆行列型推定器、遅延要素、前回値出力器とにより構成するようにしたものである。
【００２７】
第５の発明によるＷＡＤＧＰＳ地上システムは、誤差要因推定部を、解の条件判定器、および、誤差要因分離器、疑似逆行列型推定器、遅延要素、前回値出力器、分離誤差要因判定器とにより構成するようにしたものである。
【００２８】
第６の発明によるＷＡＤＧＰＳ地上システムは、誤差要因推定部を、状態推定器、および、遅延要素、動的予測器、誤差分散・最適ゲイン計算器とにより構成するようにしたものである。
【００２９】
第７の発明によるＷＡＤＧＰＳ地上システムは、誤差要因推定部を、解の条件判定器、および、誤差要因分離器、状態推定器、遅延要素、動的予測器、誤差分散最適ゲイン計算器、分散誤差要因判定器とにより構成するようにしたものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を示すブロック線図であり、図において１は、ＷＡＤＧＰＳ地上システムであり、、２ｉは，ｉ番目の監視局、３は、統制局である。
前記ｉ番目の監視局２ｉにおいて、４ｉは受信器、５ｉは、時計、さらに６ｉは、受信器４ｉと時計５ｉの出力を入力とする疑似距離計算器である。
また、前記統制局３において、７は、各監視局位置記憶器、８は、各衛星放送位置計算器、９は、前記観測局位置記憶器７の出力と前記各衛星放送位置計算器８の出力とを入力とする各監視局対各衛星放送方位計算器、１０は、前記各監視局対各衛星放送方位計算器９と前記各監視局位置記憶器７、前記各衛星放送位置計算器８および前記疑似距離計算器６ｉのそれぞれの出力を入力する観測方程式構成器、１１は、前記観測方程式構成器１０の出力を入力し、誤差要因ベクトルの推定値を出力する誤差要因推定部である。
【００３１】
上述した実施の形態１によるＷＡＤＧＰＳ地上システムの動作を以下に説明する。
【００３２】
まず、前記ｉ番目の監視局２ｉにおいて、受信器４ｉは、各衛星からの電波を受信し、その電波が各衛星から送信された時刻を読み出す。一方、時計５ｉは、前記ｉ番目の監視局２ｉで前記電波が受信された時刻を出力する。両時刻は、疑似距離計算器６ｉで比較され、その差に光速を乗じた値が、前記ｉ番目の監視局から各衛星までの疑似距離として出力される。そして、前記各衛星までの疑似距離が前記ｉ番目の監視局２ｉの出力となる。
【００３３】
上記のような疑似距離は、各監視局２ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）でそれぞれ観測されて、前記統制局３に送信される。したがって、前記統制局３では、各監視局から各衛星までの疑似距離が集まることとなる。
【００３４】
また、前記統制局３において、各監視局位置記憶器７は、各監視局の位置を記憶しており、その値を出力する。一方、各衛星放送位置計算器８は、各衛星から地上に対して放送されている各衛星の軌道データから、任意の時刻における各衛星の概略位置（各衛星放送位置と呼ぶ）を計算し、その値を出力する。
【００３５】
さらに、各監視局対各衛星放送方位計算器９は、これらの値、各監視局の位置と各衛星放送位置を入力し、衛星から放送されている軌道データに基づく各監視局から各衛星への方位ベクトル（各監視局対各衛星放送方位と呼ぶ）を計算し、出力する。
【００３６】
そして、前記各監視局対各衛星放送方位計算器９が出力する各監視局対各衛星放送方位、および、前記各監視局位置記憶器７が出力する各監視局の位置と、前記各衛星放送位置計算器８が出力する各衛星放送位置は、観測方程式構成器１０に入力される。このとき、前記観測方程式構成器１０は、同時に、前記各監視局２ｉ（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）から集められた前記各監視局から各衛星までの疑似距離を入力する。
【００３７】
さらに、前記観測方程式構成器１０は、以上のようにして入力された各監視局対各衛星放送方位、各監視局の位置、各衛星の各衛星放送位置、および、各監視局から各衛星までの疑似距離を用いて、移動体５１が衛星航法を行う際に障害となる３つの誤差要因を推定するための観測方程式を構成し、出力する。この３つの誤差要因とは、各衛星放送位置と真の位置との差、各衛星の時刻の誤差、そして各監視局の持つ時計の誤差である。この観測方程式は観測行列、観測ベクトル、および、未知数である誤差要因ベクトルにより、次のように構成される。
【００３８】
【数５】
0003731097.tif 000006
【００３９】
前記観測方程式における観測行列は、従来のＷＡＤＧＰＳ地上システムでは各監視局から各衛星への方位ベクトルから構成されていたが、この発明の実施の形態１によるＷＡＤＧＰＳ地上システムでは、その代わりに前記各監視局対各衛星放送方位を用いて構成されている。この観測行列を、特に、放送方位を用いた観測行列と呼ぶ。これを次式に示す。
【００４０】
【数６】
0003731097.tif 000007
【００４１】
また、従来のＷＡＤＧＰＳ地上システムにおける観測ベクトルは、各監視局から各衛星までの疑似距離、各監視局から各衛星への方位ベクトル、各衛星放送位置、および、各監視局の位置から構成されていたが、この発明の実施の形態１によるＷＡＤＧＰＳ地上システムでは、これらのうち各監視局から各衛星への方位ベクトルの代わりに前記各監視局対各衛星放送方位を用いて構成されている。この観測ベクトルを、特に、放送方位を用いた観測ベクトルと呼ぶ。これを次式に示す。
【００４２】
【数７】
0003731097.tif 000008
【００４３】
そして、未知数である誤差要因ベクトルは、３つの誤差要因である、各衛星放送位置と真の位置との差、各衛星の時刻の誤差、そして、各監視局の持つ時計の誤差から構成される”数４”ベクトルである。ただし、監視局の時計は、どれか一つを基準として同期されていればよいから、その基準に対する分として、１個の未知数を除いている。
【００４４】
そして、前記誤差要因推定部１１は、前記観測方程式を入力し、前記誤差要因ベクトルを推定して出力する。
【００４５】
前記誤差要因推定部１１内部では、前記疑似逆行列型推定器１５が、前記観測方程式を入力し、前記放送方位を用いた観測行列の疑似逆行列を構成して、これを放送方位を用いた観測ベクトルに乗ずることにより、前記誤差要因ベクトルの推定値を計算してこれを出力する。前記誤差要因ベクトルの推定値は、前述のように、前記誤差要因推定部１１の出力であり、さらに前記ＷＡＤＧＰＳ地上システム１の出力となる。
【００４６】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２を示すブロック線図であり、前記統制局３において、１２は、前記各監視局位置記憶器７の出力と前記各衛星放送位置計算器８の出力とを入力とする各監視局対各衛星放送距離計算器であり、その出力は前記観測方程式構成器１０の入力となる。
【００４７】
上述した実施の形態２によるＷＡＤＧＰＳ地上システムの動作を以下に説明する。
【００４８】
前記統制局３において、各監視局対各衛星放送距離計算器１２は、前記各監視局位置記憶器７が出力する各監視局の位置と、前記各衛星放送位置計算器８が出力する各衛星放送位置とを入力し、衛星から放送されている軌道データに基づく各監視局から各衛星までの距離ベクトル（各監視局対各衛星放送距離と呼ぶ）を計算し、出力する。
【００４９】
そして、前記各監視局対各衛星放送方位計算器９が出力する各監視局対各衛星放送方位、および、前記各監視局対各衛星放送距離計算器１２が出力する各監視局対各衛星放送距離は、前記観測方程式構成器１０に入力される。このとき、前記観測方程式構成器１０は、同時に、前記各監視局２ｉ（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）から集められた前記各監視局から各衛星までの疑似距離を入力する。
【００５０】
さらに、前記観測方程式構成器１０は、以上のようにして入力された各監視局対各衛星放送方位、各監視局対各衛星放送距離、および、各監視局から各衛星までの疑似距離を用いて、移動体５１が衛星航法を行う際に障害となる３つの誤差要因を推定するための観測方程式を構成し、出力する。この３つの誤差要因とは、各衛星放送位置と真の位置との差、各衛星の時刻の誤差、そして各監視局の持つ時計の誤差である。この観測方程式は観測行列、観測ベクトル、および、未知数である誤差要因ベクトルにより、次のように構成される。
【００５１】
【数８】
0003731097.tif 000009
【００５２】
この発明の実施の形態２によるＷＡＤＧＰＳ地上システムにおける前記観測方程式における観測行列も、実施の形態１の場合と同様に、”数６”に示す放送方位を用いた観測行列とすることが可能である。
【００５３】
一方、従来のＷＡＤＧＰＳ地上システムにおける観測ベクトルが、各監視局から各衛星までの疑似距離、各監視局から各衛星への方位ベクトル、各衛星放送位置、および、各監視局の位置から構成されていたのに対し、また、この発明の実施の形態１によるＷＡＤＧＰＳ地上システムにおける観測ベクトルが、各監視局から各衛星までの疑似距離、各監視局対各衛星放送方位、各衛星放送位置、および、各監視局の位置から構成されていたのに対し、この発明の実施の形態２によるＷＡＤＧＰＳ地上システムにおける観測ベクトルは、各監視局から各衛星までの疑似距離と、各監視局対各衛星放送距離のみから構成されている。この観測ベクトルを、特に、放送距離を用いた観測ベクトルと呼ぶ。これを次式に示す。
【００５４】
【数９】
0003731097.tif 000010
【００５５】
そして、未知数である誤差要因ベクトルは、３つの誤差要因である、各衛星放送位置と真の位置との差、各衛星の時刻の誤差、そして、各監視局の持つ時計の誤差から構成される”数４”ベクトルである。ただし、監視局の時計は、どれか一つを基準として同期されていればよいから、その基準に対応する分として、１個の未知数を除いている。
【００５６】
そして、前記誤差要因推定部１１は、前記観測方程式を入力し、前記誤差要因ベクトルを推定して出力する。
【００５７】
前記誤差要因推定部１１内部では、前記疑似逆行列型推定器１５が、前記観測方程式を入力し、前記放送方位を用いた観測行列の疑似逆行列を構成して、これを放送距離を用いた観測ベクトルに乗ずることにより、前記誤差要因ベクトルの推定値を計算してこれを出力する。前記誤差要因ベクトルの推定値は、前述のように、前記誤差要因推定部１１の出力であり、さらに前記ＷＡＤＧＰＳ地上システム１の出力となる。
【００５８】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３を示すブロック線図であり、図において１１は、観測方程式を入力し、誤差要因ベクトルの推定値を出力する誤差要因推定部であり、１３は、前記観測方程式を入力して、前記観測方程式とその解の条件の判定結果を出力する解の条件判定器、１４は、前記観測方程式と前記判定結果を入力して、前記観測方程式から未知数の一部を分離して再構成された観測方程式として出力する誤差要因分離器、１５は、前記再構成された観測方程式を入力して、誤差要因ベクトルの推定値を出力する疑似逆行列型推定器である。
【００５９】
上述した実施の形態３によるＷＡＤＧＰＳ地上システムの動作を以下に説明する。
【００６０】
観測方程式を入力し、誤差要因ベクトルの推定値を出力する誤差要因推定部１１において、まず、解の条件判定器１３は、前記観測方程式を入力して、前記観測方程式の未知数の数とデータの数とを比較して、いずれの方がどれだけ多いかということを解の条件の判定結果として、前記観測方程式とともに出力する。
【００６１】
次に、誤差要因分離器１４は、前記観測方程式と前記判定結果とを入力して、未知数の数の方がデータの数よりも多い場合に、その多い分だけの未知数と、前記観測方程式のなかでそれに対応する部分とを分離して、その分離後の残った観測方程式、すなわち、未知数の数と条件の数とが等しくなっている観測方程式を再構成された観測方程式として出力する。
【００６２】
そして、疑似逆行列型推定器１５は、前記未知数の一部を分離した後の観測方程式を入力して、観測行列の疑似逆行列を構成して、これを観測ベクトルに乗ずることにより、誤差要因ベクトルを推定してこれを出力する。前記誤差要因ベクトルの推定値は、前述のように、前記誤差要因推定部１１の出力であり、さらに前記ＷＡＤＧＰＳ地上システム１の出力となる。
【００６３】
実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４を示すブロック線図であり、図において１６は、前記疑似逆行列型推定器１５が出力する誤差要因ベクトルの推定値と、後記前回値出力器が出力する誤差要因ベクトルの推定値を入力し、単位時間後にこれらを誤差要因ベクトルの前回値として出力する遅延要素であり、１７は、前記遅延要素１６の出力と前記誤差要因分離器１４が出力する未知数の分離に関する情報を入力して、これに対応する誤差要因ベクトルの要素を前記遅延要素１６から読み出して出力する前回値出力器である。
【００６４】
上述した実施の形態４によるＷＡＤＧＰＳ地上システムの動作を以下に説明する。
【００６５】
観測方程式を入力し、誤差要因ベクトルの推定値を出力する誤差要因推定部１１における遅延要素１６は、前記疑似逆行列型推定器１５が出力する誤差要因ベクトルの推定値と、前記前回値出力器が出力する誤差要因ベクトルの推定値を入力し、単位時間後にこれらを誤差要因ベクトルの前回値として出力する。
【００６６】
さらに、前回値出力器１７は、前記誤差要因分離器１４が出力する「どの未知数を分離したか」を示す情報を入力して、これに対応する誤差要因ベクトルの要素の前回値を、前記遅延要素１６から読み出して出力する。つまり、推定を行えなかった要素を前回値で代用して出力する。
【００６７】
そして、前記疑似逆行列型推定器１５が出力する、未知数の一部を分離した後の再構成された観測方程式を解くことにより得られる誤差要因ベクトルの推定値と、前記前回値出力器１７が出力する、分離されて観測方程式からはずされた未知数に対応する誤差要因ベクトルの要素の前回値は、ともに、前記誤差要因推定部１１の出力であり、さらに前記ＷＡＤＧＰＳ地上システム１の出力となる。
【００６８】
実施の形態５．
図５はこの発明の実施の形態５を示すブロック線図であり、図において１８は、前記各衛星放送位置計算器８が出力する各衛星の放送位置と、前記前回値出力器１７が出力する前回値の出力に関する情報とを入力し、未知数から分離すべき誤差要因の判定結果を、前記誤差要因分離器１４へ出力する分離誤差要因判定器である。
【００６９】
上述した実施の形態５によるＷＡＤＧＰＳ地上システムの動作を以下に説明する。
【００７０】
観測方程式を入力し、誤差要因ベクトルの推定値を出力する誤差要因推定部１１における分離誤差要因判定器１８は、前記各衛星放送位置計算器８が出力する各衛星の放送位置を入力し、前記移動体５１が衛星航法のために観測すべき衛星の組み合わせにおいて測位精度向上への寄与の少ない衛星に対応する誤差要因ベクトルの要素を判定する。
【００７１】
同時に前記分離誤差要因判定器１８は、前記前回値出力器１７が出力する前回値の出力に関する情報とを入力し、分離されて観測方程式からはずされて前回値で代用されていない、あるいは代用され続けていない誤差要因ベクトルの要素を判定する。
【００７２】
そして、前記分離誤差要因判定器１８は、これらの判定結果を、未知数の数がデータの数よりも多い場合に未知数から分離すべき誤差要因の判定結果として、前記誤差要因分離器１４へ出力する。
【００７３】
実施の形態６．
図６はこの発明の実施の形態６を示すブロック線図であり、図において１１は、観測方程式を入力し、誤差要因ベクトルの推定値を出力する誤差要因推定部であり、１９は、前記観測方程式と最適ゲイン、誤差要因ベクトルの予測値を入力して、前記誤差要因ベクトルの推定値を出力する状態推定器、１６は、誤差要因ベクトルの推定値と推定誤差分散を入力し、単位時間後にこれらを誤差要因ベクトルの推定値の前回値と推定誤差分散の前回値として出力する遅延要素、２０は、遅延要素１６の出力を入力して、前記誤差要因ベクトルの予測値と予測誤差分散を出力する動的予測器、２１は、予測誤差分散を入力し、前記推定誤差分散と前記最適ゲインを出力する誤差分散・最適ゲイン計算器である。
【００７４】
上述した実施の形態６によるＷＡＤＧＰＳ地上システムの動作を以下に説明する。
【００７５】
観測方程式を入力し、誤差要因ベクトルの推定値を出力する誤差要因推定部１１において、状態推定器１９は、観測方程式を入力して、その誤差要因ベクトルを、動特性を表わす状態ベクトルに拡張して取り扱う。
【００７６】
同時に、状態推定器１９は、最適ゲインと誤差要因ベクトルの予測値を入力して、前回誤差要因ベクトルの予測値と前記観測方程式の観測ベクトルとの荷重和を前記最適ゲインにより行うことにより、誤差要因ベクトルの推定値を求め、出力する。
【００７７】
遅延要素１６は、前記誤差要因ベクトルの推定値と後記推定誤差分散を入力し、単位時間後にこれらを誤差要因ベクトルの推定値の前回値と推定誤差分散の前回値として出力する。
【００７８】
さらに、動的予測器２０は、遅延要素１６から誤差要因ベクトルの推定値の前回値と推定誤差分散の前回値を入力し、動的モデルを用いてこれらを外挿し、単位時間前の時刻から現在を予測した前記誤差要因ベクトルの予測値と予測誤差分散として出力する。このうち、前記誤差要因ベクトルの予測値は、再び前記状態推定器１９の入力となる。
【００７９】
誤差分散・最適ゲイン計算器２１は、前記予測誤差分散を入力し、前記推定誤差分散と前記最適ゲインを計算し、出力する。このうち、前記推定誤差分散は、再び前記遅延要素１６の入力となり、また、最適ゲインは、再び前記状態推定器１９の入力となる。この最適ゲインの計算は、例えばカルマンフィルタを用いれば、誤差の期待値が最小となるように、再帰的に求められる。
【００８０】
そして、前記状態推定器１９が出力する前記誤差要因ベクトルの推定値は、前述のように、前記誤差要因推定部１１の出力であり、さらに前記ＷＡＤＧＰＳ地上システム１の出力となる。
【００８１】
実施の形態７．
図７はこの発明の実施の形態７を示すブロック線図であり、図において１１は、観測方程式を入力し、誤差要因ベクトルの推定値を出力する誤差要因推定部であり、１３は、観測方程式を入力して、観測方程式とその解の条件の判定結果を出力する解の条件判定器、１４は、観測方程式と判定結果、および未知数から分離すべき誤差要因の判定結果を入力して、観測方程式から未知数の一部を分離して、再構成された観測方程式を状態推定器１９に出力し、「どの未知数を分離したか」を示す情報を前記動的予測器２０に出力する誤差要因分離器、１８は、前記各衛星放送位置計算器８が出力する各衛星の放送位置と、前記誤差分散・最適ゲイン計算機２１が出力する前記推定誤差分散とを入力し、未知数から分離すべき誤差要因の判定結果を、前記誤差要因分離器１４へ出力する分離誤差要因判定器である。
【００８２】
上述した実施の形態７によるＷＡＤＧＰＳ地上システムの動作を以下に説明する。
【００８３】
観測方程式を入力し、誤差要因ベクトルの推定値を出力する誤差要因推定部１１における分離誤差要因判定器１８は、各衛星放送位置計算器８が出力する各衛星の放送位置を入力し、間もなく視野からはずれて、見通し外に隠れるため、前記移動体５１の衛星航法に利用できなくなる衛星に対応する誤差要因ベクトルの要素を判定する。
【００８４】
同時に分離誤差要因判定器１８は、前記誤差分散・最適ゲイン計算器２１が出力する前記推定誤差分散を入力し、十分に推定誤差が収束している誤差要因ベクトルの要素を判定する。
【００８５】
そして、分離誤差要因判定器１８は、これらの判定結果を、未知数から分離すべき誤差要因の判定結果として、前記誤差要因分離器１４へ出力する。
【００８６】
次に、誤差要因分離器１４は、前記解の条件判定器１３が出力する前記観測方程式と、観測方程式の未知数の数と条件の数とのいずれの方がどれだけ多いかということを示す前記解の条件の判定結果とを入力して、さらに、前記分離誤差要因判定器１８が出力する未知数から分離すべき誤差要因の判定結果を入力する。そして、これらの判定結果から、状態推定を行わなくとも支障のない未知数を分離して、その分離後の残った観測方程式を再構成された観測方程式として前記状態推定器１９に出力する。また、同時に、「どの未知数を分離したか」を示す情報を、前記動的予測器２０に出力する。
【００８７】
そして、前記状態推定器１９は、誤差要因分離器１４より入力された観測方程式に基づき、そこに残った未知数を状態推定して、それらを誤差要因ベクトルの推定値の一部として出力する。
【００８８】
また、前記動的予測器２０は、前記誤差要因分離器１４が出力する「どの未知数を分離したか」を示す情報を入力して、これに対応する誤差要因要素の前回値を、動的モデルを用いて外挿し、誤差要因ベクトルの予測値として出力する。つまり、観測方程式から分離した要素を予測値で代用して出力する。
【００８９】
以上の前記状態推定器１９が出力する前記誤差要因ベクトルの推定値の一部と、前記動的予測器２０が出力する前記誤差要因ベクトルの予測値はともに、前記誤差要因推定部１１の出力であり、さらに前記ＷＡＤＧＰＳ地上システム１の出力となる。
【００９０】
【発明の効果】
第１の発明によれば、各監視局から各衛星への方位ベクトルを、各監視局対各衛星放送方位により近似するので、監視局に測角センサを用意する必要がなくなる。
【００９１】
また、第２の発明によれば、観測方程式における観測ベクトルを、各監視局から各衛星への疑似距離と各監視局から各衛星への放送距離により表現できるので、効果的な推定計算が可能となる。
【００９２】
また、第３の発明によれば、未知数の数が条件の数よりも多い場合にも、推定値の対応する要素の値を、未知数の数が条件の数以下の場合と一致させることができる。
【００９３】
また、第４の発明によれば、未知数の数が条件の数よりも多い場合にも、未知数の切り捨てを行わずに、推定値の対応する要素の値を、未知数の数が条件の数以下の場合と一致させることができる。
【００９４】
また、第５の発明によれば、未知数の数が条件の数よりも多い場合に前回値で置き換える要素を、航空機等の衛星航法に影響の少ないものに選ぶことができる。
【００９５】
また、第６の発明によれば、未知数の時間的な変動を考慮した誤差要因ベクトルの推定が可能となるとともに、未知数の数が条件の数よりも多い場合にも、推定値の対応する要素の値を、未知数の数が条件の数以下の場合と一致させることができる。
【００９６】
また、第７の発明によれば、未知数の時間的な変動を考慮した誤差要因ベクトルの推定が可能となるとともに、計算負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明によるＷＡＤＧＰＳ地上システムの実施の形態１を示すブロック線図である。
【図２】  この発明によるＷＡＤＧＰＳ地上システムの実施の形態２を示すブロック線図である。
【図３】  この発明によるＷＡＤＧＰＳ地上システムの実施の形態３を示すブロック線図である。
【図４】  この発明によるＷＡＤＧＰＳ地上システムの実施の形態４を示すブロック線図である。
【図５】  この発明によるＷＡＤＧＰＳ地上システムの実施の形態５を示すブロック線図である。
【図６】  この発明によるＷＡＤＧＰＳ地上システムの実施の形態６を示すブロック線図である。
【図７】  この発明によるＷＡＤＧＰＳ地上システムの実施の形態７を示すブロック線図である。
【図８】  ＷＡＤＧＰＳ地上システムの運用を示す図である。
【図９】  従来のＷＡＤＧＰＳ地上システムを示すブロック線図である。
【符号の説明】
１  ＷＡＤＧＰＳ地上システム、２ｉ  ｉ番目の監視局、３  統制局、４ｉ  ｉ番目の監視局における受信器、５ｉ  ｉ番目の監視局における時計、６ｉ  ｉ番目の監視局における疑似距離計算器、７  各監視局位置記憶器、８  各衛星放送位置計算器、９  各監視局対各衛星放送方位計算器、１０  観測方程式構成器、１１  誤差要因推定部、１２  各監視局対各衛星放送距離計算器、１３  解の条件判定器、１４  誤差要因分離器、１５  疑似逆行列型推定器、１６  遅延要素、１７  前回値出力器、１８  分離誤差要因判定器、１９  状態推定器、２０動的予測器、２１  誤差分散・最適ゲイン計算器。
【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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