(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する方法であって、
上記ＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との間の距離を測定し、
次にこの測定距離データから、当該測定距離データに移動平均処理を施すことにより得られた平均化距離データを除去してＧＰＳ受信機の変動量を求め、
次に少なくとも３個のＧＰＳ衛星に対する上記変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも３個の１次方程式を求め、
次にこの連立方程式を解くことによりＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量である変位を求めることを特徴とするＧＰＳによる物体の変位計測方法。
【請求項２】
ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する方法であって、
上記ＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との間の距離を測定し、
次にこの測定距離データから、当該測定距離データに移動平均処理を施すことにより得られた平均化距離データを除去してＧＰＳ受信機の変動量を求め、
次に少なくとも４個のＧＰＳ衛星に対する上記変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも４個の１次方程式を求め、
次にこれら少なくとも４個の１次方程式同士の差を求めてＧＰＳ受信機の変動量に関する少なくとも３個の衛星間一重差の１次方程式を求め、
次にこの連立方程式を解くことによりＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量である変位を求めることを特徴とするＧＰＳによる物体の変位計測方法。
【請求項３】
ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する方法であって、
上記ＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との間の距離を測定し、
次にこの測定距離データをハイパス・フィルタに通過させることによりＧＰＳ受信機の変動量を求め、
次に少なくとも３個のＧＰＳ衛星に対する上記変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも３個の１次方程式を求め、
次にこの連立方程式を解くことによりＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量である変位を求めることを特徴とするＧＰＳによる物体の変位計測方法。
【請求項４】
ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する方法であって、
上記ＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との間の距離を測定し、
次にこの測定距離データをハイパス・フィルタに通過させることによりＧＰＳ受信機の変動量を求め、
次に少なくとも４個のＧＰＳ衛星に対する上記変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも４個の１次方程式を求め、
次にこれら少なくとも４個の１次方程式同士の差を求めてＧＰＳ受信機の変動量に関する少なくとも３個の衛星間一重差の１次方程式を求め、
次にこの連立方程式を解くことによりＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量である変位を求めることを特徴とするＧＰＳによる物体の変位計測方法。
【請求項５】
ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する方法であって、
上記ＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との間の距離を測定し、
次にこの測定距離データから、当該測定距離データに計測環境下における変動周期と同程度以上の時間窓による移動平均処理を施すことにより得られた平均化距離データを除去してＧＰＳ受信機の変動量を求め、
次に少なくとも３個のＧＰＳ衛星に対する上記変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも３個の１次方程式を求め、
次にこの連立方程式を解くことによりＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量である変位を求めることを特徴とするＧＰＳによる物体の変位計測方法。
【請求項６】
ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する方法であって、
上記ＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との間の距離を測定し、
次にこの測定距離データから、当該測定距離データに計測環境下における変動周期と同程度以上の時間窓による移動平均処理を施すことにより得られた平均化距離データを除去してＧＰＳ受信機の変動量を求め、
次に少なくとも４個のＧＰＳ衛星に対する上記変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも４個の１次方程式を求め、
次にこれら少なくとも４個の１次方程式同士の差を求めてＧＰＳ受信機の変動量に関する少なくとも３個の衛星間一重差の１次方程式を求め、
次にこの連立方程式を解くことによりＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量である変位を求めることを特徴とするＧＰＳによる物体の変位計測方法。
【請求項７】
ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する装置であって、
上記ＧＰＳ受信機に設けられてこのＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との距離を測定する距離測定部と、
この距離測定部で測定された測定距離データから、当該測定距離データに移動平均処理を施すことにより得られた平均化距離データを除去してＧＰＳ受信機の変動量を求める変動量検出部と、
この変動量検出部で求められた少なくとも３個のＧＰＳ衛星に対する変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも３個の１次方程式を求め、かつこの連立方程式を解くことによりＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量である変位を求める変位演算部とから構成したことを特徴とするＧＰＳによる物体の変位計測装置。
【請求項８】
ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する装置であって、
上記ＧＰＳ受信機に設けられてこのＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との距離を測定する距離測定部と、
この距離測定部で測定された測定距離データから、当該測定距離データに移動平均処理を施すことにより得られた平均化距離データを除去してＧＰＳ受信機の変動量を求める変動量検出部と、
この変動量検出部で求められた少なくとも４個のＧＰＳ衛星に対する変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも４個の１次方程式を求めるとともにこれら少なくとも４個の１次方程式同士の差をとりＧＰＳ受信機の変動量に関する少なくとも３個の衛星間一重差の１次方程式を求め、かつこの連立方程式を解くことにより、ＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向に対する変動成分量である変位を求める変位演算部とから構成したことを特徴とするＧＰＳによる物体の変位計測装置。
【請求項９】
ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する装置であって、
上記ＧＰＳ受信機に設けられてこのＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との距離を測定する距離測定部と、
この距離測定部で測定された測定距離データをハイパス・フィルタに通過させることによりＧＰＳ受信機の変動量を求める変動量検出部と、
この変動量検出部で求められた少なくとも３個のＧＰＳ衛星に対する変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも３個の１次方程式を求め、かつこの連立方程式を解くことによりＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量である変位を求める変位演算部とから構成したことを特徴とするＧＰＳによる物体の変位計測装置。
【請求項１０】
ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する装置であって、
上記ＧＰＳ受信機に設けられてこのＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との距離を測定する距離測定部と、
この距離測定部で測定された測定距離データをハイパス・フィルタに通過させることによりＧＰＳ受信機の変動量を求める変動量検出部と、
この変動量検出部で求められた少なくとも４個のＧＰＳ衛星に対する変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも４個の１次方程式を求めるとともにこれら少なくとも４個の１次方程式同士の差をとりＧＰＳ受信機の変動量に関する少なくとも３個の衛星間一重差の１次方程式を求め、かつこの連立方程式を解くことにより、ＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向に対する変動成分量である変位を求める変位演算部とから構成したことを特徴とするＧＰＳによる物体の変位計測装置。
【請求項１１】
ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する装置であって、
上記ＧＰＳ受信機に設けられてこのＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との距離を測定する距離測定部と、
この距離測定部で測定された測定距離データから、当該測定距離データに計測環境下における変動周期と同程度以上の時間窓による移動平均処理を施すことにより得られた平均化距離データを除去してＧＰＳ受信機の変動量を求める変動量検出部と、
この変動量検出部で求められた少なくとも３個のＧＰＳ衛星に対する変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも３個の１次方程式を求め、かつこの連立方程式を解くことによりＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量である変位を求める変位演算部とから構成したことを特徴とするＧＰＳによる物体の変位計測装置。
【請求項１２】
ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する装置であって、
上記ＧＰＳ受信機に設けられてこのＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との距離を測定する距離測定部と、
この距離測定部で測定された測定距離データから、当該測定距離データに計測環境下における変動周期と同程度以上の時間窓による移動平均処理を施すことにより得られた平均化距離データを除去してＧＰＳ受信機の変動量を求める変動量検出部と、
この変動量検出部で求められた少なくとも４個のＧＰＳ衛星に対する変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも４個の１次方程式を求めるとともにこれら少なくとも４個の１次方程式同士の差をとりＧＰＳ受信機の変動量に関する少なくとも３個の衛星間一重差の１次方程式を求め、かつこの連立方程式を解くことにより、ＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向に対する変動成分量である変位を求める変位演算部とから構成したことを特徴とするＧＰＳによる物体の変位計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧＰＳによる物体の変位計測方法および変位計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＧＰＳ（全方位測位システム）を利用して、その受信機の位置（正確には受信アンテナの位置）を高精度に計測する方法として、キネマティック方式がある。このキネマティック方式は、既知点上に受信機を参照局として設置するとともに、もう一台の受信機は未知点上を移動するものとし、この参照局と移動する受信機との間の相対位置すなわち基線ベクトルを知り、この基線ベクトルの変化分を高精度に計測する方式である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記キネマティック方式によると、参照局を必要とし、また基線ベクトルが長くなった場合、その計測精度を維持しようとすると、多量の解析用データを伝送する必要があり、技術的および経済的負担が増大するという問題があった。そこで、本発明は、参照局を必要とすることなく、物体の変位を高精度でもって計測し得るＧＰＳによる物体の変位計測方法および変位計測装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１のＧＰＳによる物体の変位計測方法は、ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する方法であって、上記ＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との間の距離を測定し、次にこの測定距離データから、当該測定距離データに移動平均処理を施すことにより得られた平均化距離データを除去してＧＰＳ受信機の変動量を求め、次に少なくとも３個のＧＰＳ衛星に対する上記変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも３個の１次方程式を求め、次にこの連立方程式を解くことによりＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量である変位を求める方法である。
【０００５】
また、本発明の第２のＧＰＳによる物体の変位計測方法は、ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する方法であって、上記ＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との間の距離を測定し、次にこの測定距離データから、当該測定距離データに移動平均処理を施すことにより得られた平均化距離データを除去してＧＰＳ受信機の変動量を求め、次に少なくとも４個のＧＰＳ衛星に対する上記変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも４個の１次方程式を求め、次にこれら少なくとも４個の１次方程式同士の差を求めてＧＰＳ受信機の変動量に関する少なくとも３個の衛星間一重差の１次方程式を求め、次にこの連立方程式を解くことによりＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量である変位を求める方法である。
【０００６】
また、本発明の第３のＧＰＳによる物体の変位計測方法は、ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する方法であって、上記ＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との間の距離を測定し、次にこの測定距離データをハイパス・フィルタに通過させることによりＧＰＳ受信機の変動量を求め、次に少なくとも３個のＧＰＳ衛星に対する上記変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも３個の１次方程式を求め、次にこの連立方程式を解くことによりＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量である変位を求める方法である。
【０００７】
また、本発明の第４のＧＰＳによる物体の変位計測方法は、ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する方法であって、上記ＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との間の距離を測定し、次にこの測定距離データをハイパス・フィルタに通過させることによりＧＰＳ受信機の変動量を求め、次に少なくとも４個のＧＰＳ衛星に対する上記変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも４個の１次方程式を求め、次にこれら少なくとも４個の１次方程式同士の差を求めてＧＰＳ受信機の変動量に関する少なくとも３個の衛星間一重差の１次方程式を求め、次にこの連立方程式を解くことによりＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量である変位を求める方法である。
【０００８】
また、本発明の第５のＧＰＳによる物体の変位計測方法は、ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する方法であって、上記ＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との間の距離を測定し、次にこの測定距離データから、当該測定距離データに計測環境下における変動周期と同程度以上の時間窓による移動平均処理を施すことにより得られた平均化距離データを除去してＧＰＳ受信機の変動量を求め、次に少なくとも３個のＧＰＳ衛星に対する上記変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも３個の１次方程式を求め、次にこの連立方程式を解くことによりＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量である変位を求める方法である。
【０００９】
また、本発明の第６のＧＰＳによる物体の変位計測方法は、ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する方法であって、上記ＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との間の距離を測定し、次にこの測定距離データから、当該測定距離データに計測環境下における変動周期と同程度以上の時間窓による移動平均処理を施すことにより得られた平均化距離データを除去してＧＰＳ受信機の変動量を求め、次に少なくとも４個のＧＰＳ衛星に対する上記変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも４個の１次方程式を求め、次にこれら少なくとも４個の１次方程式同士の差を求めてＧＰＳ受信機の変動量に関する少なくとも３個の衛星間一重差の１次方程式を求め、次にこの連立方程式を解くことによりＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量である変位を求める方法である。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、本発明の第１のＧＰＳによる物体の変位計測装置は、ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する装置であって、上記ＧＰＳ受信機に設けられてこのＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との距離を測定する距離測定部と、この距離測定部で測定された測定距離データから、当該測定距離データに移動平均処理を施すことにより得られた平均化距離データを除去してＧＰＳ受信機の変動量を求める変動量検出部と、この変動量検出部で求められた少なくとも３個のＧＰＳ衛星に対する変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも３個の１次方程式を求め、かつこの連立方程式を解くことによりＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量である変位を求める変位演算部とから構成したものである。
【００１１】
また、本発明の第２のＧＰＳによる物体の変位計測装置は、ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する装置であって、上記ＧＰＳ受信機に設けられてこのＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との距離を測定する距離測定部と、この距離測定部で測定された測定距離データから、当該測定距離データに移動平均処理を施すことにより得られた平均化距離データを除去してＧＰＳ受信機の変動量を求める変動量検出部と、この変動量検出部で求められた少なくとも４個のＧＰＳ衛星に対する変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも４個の１次方程式を求めるとともにこれら少なくとも４個の１次方程式同士の差をとりＧＰＳ受信機の変動量に関する少なくとも３個の衛星間一重差の１次方程式を求め、かつこの連立方程式を解くことにより、ＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向に対する変動成分量である変位を求める変位演算部とから構成したものである。
【００１２】
また、本発明の第３のＧＰＳによる物体の変位計測装置は、ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する装置であって、上記ＧＰＳ受信機に設けられてこのＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との距離を測定する距離測定部と、この距離測定部で測定された測定距離データをハイパス・フィルタに通過させることによりＧＰＳ受信機の変動量を求める変動量検出部と、この変動量検出部で求められた少なくとも３個のＧＰＳ衛星に対する変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも３個の１次方程式を求め、かつこの連立方程式を解くことによりＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量である変位を求める変位演算部とから構成したものである。
【００１３】
また、本発明の第４のＧＰＳによる物体の変位計測装置は、ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する装置であって、上記ＧＰＳ受信機に設けられてこのＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との距離を測定する距離測定部と、この距離測定部で測定された測定距離データをハイパス・フィルタに通過させることによりＧＰＳ受信機の変動量を求める変動量検出部と、この変動量検出部で求められた少なくとも４個のＧＰＳ衛星に対する変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも４個の１次方程式を求めるとともにこれら少なくとも４個の１次方程式同士の差をとりＧＰＳ受信機の変動量に関する少なくとも３個の衛星間一重差の１次方程式を求め、かつこの連立方程式を解くことにより、ＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向に対する変動成分量である変位を求める変位演算部とから構成したものである。
【００１４】
また、本発明の第５のＧＰＳによる物体の変位計測装置は、ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する装置であって、上記ＧＰＳ受信機に設けられてこのＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との距離を測定する距離測定部と、この距離測定部で測定された測定距離データから、当該測定距離データに計測環境下における変動周期と同程度以上の時間窓による移動平均処理を施すことにより得られた平均化距離データを除去してＧＰＳ受信機の変動量を求める変動量検出部と、この変動量検出部で求められた少なくとも３個のＧＰＳ衛星に対する変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも３個の１次方程式を求め、かつこの連立方程式を解くことによりＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量である変位を求める変位演算部とから構成したものである。
【００１５】
さらに、本発明の第６のＧＰＳによる物体の変位計測装置は、ＧＰＳ受信機が設けられた物体の変位を計測する装置であって、上記ＧＰＳ受信機に設けられてこのＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との距離を測定する距離測定部と、この距離測定部で測定された測定距離データから、当該測定距離データに計測環境下における変動周期と同程度以上の時間窓による移動平均処理を施すことにより得られた平均化距離データを除去してＧＰＳ受信機の変動量を求める変動量検出部と、この変動量検出部で求められた少なくとも４個のＧＰＳ衛星に対する変動量並びに各ＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする少なくとも４個の１次方程式を求めるとともにこれら少なくとも４個の１次方程式同士の差をとりＧＰＳ受信機の変動量に関する少なくとも３個の衛星間一重差の１次方程式を求め、かつこの連立方程式を解くことにより、ＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向に対する変動成分量である変位を求める変位演算部とから構成したものである。
【００１６】
上記各変位計測方法および各変位計測装置の構成によると、ＧＰＳ受信機とＧＰＳ衛星との間の測定距離データに基づき、ＧＰＳ受信機の少なくとも３個または４個のＧＰＳ衛星に対する変動量を求め、これら変動量並びにＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づき少なくとも３個の１次方程式、または少なくとも３個の衛星間一重差の一次方程式を求め、この連立方程式を解くことにより、ＧＰＳ受信機の三次元座標軸での変位を求めるようにしたので、キネマティック方式などのように参照局を必要とすることなく、また多量の測定データを陸上の参照局に送り参照局側のデータと一緒に解析するような必要もない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るＧＰＳによる物体の変位計測方法および変位計測装置を、物体として海面（水面も含む）上に浮遊するブイ等の浮体の変位を、浮体に設けられたＧＰＳ受信機で計測することにより、津波・波浪等を検知する場合について説明する。なお、本発明の特徴は、相対測位ではなく単独測位によるものであり、正確には、単独ＧＰＳ受信機の片道搬送波位相による変動観測法（ＰＶＤ法）という。
【００１８】
以下、本発明の第１の実施の形態におけるＧＰＳによる物体の変位計測方法および変位計測装置を、図１〜図５に基づき説明する。
まず、変位計測装置の概略全体構成を、図１のブロック図に基づき説明する。この変位計測装置は、海面の所定位置に係留された浮体に設けられたＧＰＳ受信機（受信用アンテナおよび受信機本体よりなる）１と、このＧＰＳ受信機１に設けられてＧＰＳ衛星（以下、単に、衛星という）との距離を測定する距離測定部２と、この距離測定部２で測定された距離データから後述する平均化距離データを除去（減算）してＧＰＳ受信機１の変動量を求める変動量検出部３と、この変動量検出部３で求められた変動量のデータを入力して風波による影響を除去する外乱影響除去部４と、この外乱影響除去部４で得られた変動量［ＧＰＳ受信機１の衛星に対する変動ベクトル（なお、このベクトルは、ＧＰＳ受信機が実際に動いた真変動ベクトルの衛星に対する方向ベクトルへの射影ベクトルである）の大きさ］を入力してＧＰＳ受信機１の三次元座標軸方向、すなわちｘ軸，ｙ軸およびｚ軸に対する変動成分量、すなわちＧＰＳ受信機１の変位を求める変位演算部５とから構成されている。
【００１９】
次に、上記各構成部分を、その変位計測方法とともに詳しく説明する。
上記距離測定部２は、ＧＰＳ受信機１で受信した所定の衛星からの電波の搬送波の波をカウントして、所定の衛星とＧＰＳ受信機（正確にはアンテナまでの距離であるが、ＧＰＳ受信機までの距離として説明する）１との間の距離（搬送波位相）を測定するものである（なお、搬送波位相を求める際の整数値バイアスは、４個の衛星を使用して求められる）。図２に、ＧＰＳ受信機１にて測定した測定距離データの波形を示す。なお、この測定距離データには風波による位相変動が重畳されている。また、図２には、Ｌ１搬送波とＬ２搬送波とを示したが、どちらでも使用することができ、さらにＬ１搬送波に含まれる他の信号を使用することもできる。
【００２０】
次に、上記変動量検出部３は、距離測定部１で得られた測定距離データを入力してサンプリング数が数十点の移動平均をとることにより平均化距離データを求める移動平均処理部１１と、元の測定距離データからこの移動平均処理部１１で得られた平均化距離データを除去（減算）して衛星に対するＧＰＳ受信機１の変動量を求める変動量演算部１２とから構成されている。図３に、この変動量演算部１２にて得られた変動量の、すなわちＧＰＳ受信機１の変動状態の波形を示す。なお、この変動量における低い周波数の変動は、ＧＰＳ受信機１での時計のゆらぎ等に起因するノイズを表しており、より高い周波数の変動は、風波によるＧＰＳ受信機１すなわち浮体の変動を表している。
【００２１】
次に、上記外乱影響除去部３では、風波の周波数帯域分をカットするバンドパス・フィルタを通過させることにより、風波の影響による変動分が除去される。図４に、バンドパス・フィルタを通過させた波形を示す。
【００２２】
次に、上記変位演算部５では、３個の衛星からの測定距離データに基づき得られた外乱除去済みの各変動量並びに各衛星の方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機１の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする３個の１次方程式を作成し、そしてこの三元１次連立方程式を解くことにより、ＧＰＳ受信機１の三次元座標での変動成分量すなわち変位（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が求められる。
【００２３】
以下、具体的に説明すると、番号がｎの衛星からの搬送波にて得られる変動量Ｐｎは、三次元座標の成分（ｘ，ｙ，ｚ）を用いると、下記（１）式にて表される。
Ｐｎ＝ａｎｘ＋ｂｎｙ＋ｃｎｚ・・・・（１）
上記（１）式中、
【００２４】
【数１】
0003758917.tif 000002
であり、ＡｚｎおよびＥｌｎは、ｎ番目の衛星の方位角および仰角である。したがって、３個の衛星（ｎ＝１，２，３）により、下記（２）式に示す三元１次連立方程式が得られ、この連立方程式を解くことにより、ＧＰＳ受信機１の変位（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求めることができる。
【００２５】
【数２】
0003758917.tif 000003
上記（２）式の連立方程式を解いてｚ軸方向の変位（波浪による海面の垂直変動量）Ｚを求めた結果を、図５の実線にて示す。なお、比較のために、リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）方式による計測結果を破線にて示しておく。両者は、ほぼ一致しており、上述した単独測位方式による計測精度が、相対測位方式による計測精度とほぼ同一レベルの高精度であることが分かった。
【００２６】
勿論、ｘ軸方向およびｙ軸方向についても、変位ＸおよびＹが求められるため、これらの変位Ｘ，ＹおよびＺにより、津波を計測することができる。なお、ｚ軸方向の変位Ｚにより、単に、波浪の状態を計測することもできる。
【００２７】
このように、浮体に設けられたＧＰＳ受信機と衛星との距離を測定するとともに、この測定距離データから、測定距離データを平均化処理することにより求められた平均化距離データを除去して、ＧＰＳ受信機の変動量を求め、さらにこの変動量にバンドパス・フィルタを通過させて風波の影響によるノイズを除去した後、例えば３個の衛星からの変動量並びに衛星の方位角および仰角を用いて三元１次連立方程式を作成し、この三元１次連立方程式を解くことにより、ＧＰＳ受信機１が設けられている浮体の三次元座標軸方向（三次元座標上）での変位を高精度で求めることができ、したがって津波の発生およびその大きさ、並びに波浪の状態について正確に計測することができる。
【００２８】
すなわち、上述した変位計測方法および変位計測装置によると、キネマティック方式などのように参照局を必要とすることなく、また多量の測定データを陸上の参照局に送って、参照局側のデータと一緒に解析するようなこともなく、したがって計測に要する費用を抑えてしかも高精度でもって浮体の変位を計測することができる。
【００２９】
ところで、上記実施の形態においては、変動量検出部３で、測定距離データから平均化距離データを除去してＧＰＳ受信機１の変動量を求めたが、例えば測定距離データを、ハイパス・フィルタを通過させて、衛星の軌道データに近似している直流に近い成分を除去することにより、１回の処理で、変動量を求めることもできる。具体的には、高速フーリエ変換、帯域カット、逆高速フーリエ変換により直流に近い成分が除去される。
【００３０】
また、上記実施の形態においては、変動量検出部３にてＧＰＳ受信機１の変動量を求めるとともに、外乱影響除去部４にて、風波の影響を除去するようにしたが、例えば距離測定部２で得られた測定距離データに、波浪周期（計測環境下における変動周期の一例）と同程度（例えば、１１秒程度）またはそれを越える時間窓による移動平均処理を行うことにより得られた平均化距離データを、元の測定距離データから除去することにより、風波の影響が除去された変動量を得ることができる。すなわち、この時間窓による移動平均処理を行えば、外乱の影響を除去する構成（外乱影響除去部）を不要にすることができる。
【００３１】
また、上記実施の形態および上述した各変形例において、変位演算部５で、３個の衛星から得られる変動量を使用して、ＧＰＳ受信機のｘ軸，ｙ軸およびｚ軸方向についての変位を求めるように説明したが、例えば４個以上（ｎ個）の衛星から得られる変動量を使用することもできる。この場合には、下記（３）式に示すように、ｎ個の変動量Ｐｎについての式を作成し、下記（４）式および（５）式に示すように、最小二乗法を適用することにより、より信頼性の高い変位を得ることができる。
【００３２】
【数３】
0003758917.tif 000004
【００３３】
【数４】
0003758917.tif 000005
【００３４】
【数５】
0003758917.tif 000006
さらに、上記実施の形態において、変位演算部５で、３個の衛星から求められた変動量等を使用して三元１次連立方程式を作成したが、この変位演算部において、少なくとも４個の衛星から求められた変動量並びに方位角および仰角に基づきＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変動成分量を未知数とする４個の１次方程式を求めるとともにこれら４個の１次方程式同士の差をとりＧＰＳ受信機の変動量に関する３個の衛星間一重差の１次方程式を求め、そしてこの連立方程式を解いてＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向に対する変動成分量である変位を求めるようにしてもよい。
【００３５】
すなわち、この変位演算部では、変動量検出部で得られた４個の変動量Ｐ１〜Ｐ４が入力されて、この変動量並びに各衛星に対する方位角および仰角に基づき、下記（６）式に示す４個の１次方程式を求めた後、下記（７）式に示すように、スター型の衛星間一重差に基づく３個の１次方程式が求められる。
【００３６】
【数６】
0003758917.tif 000007
なお、循環型の衛星間一重差に基づく場合は、下記（８）式に示すような連立方程式となる。
【００３７】
【数７】
0003758917.tif 000008
このように求められた３個の衛星間一重差に基づくＧＰＳ受信機の変動量に関する連立方程式を解くことにより、ＧＰＳ受信機の三次元座標軸方向での変位（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が求められる。
【００３８】
なお、ｎ個の衛星間一重差に基づきＧＰＳ受信機の変動量を求める場合には、下記（９）式および（１０）式に示すように、最小二乗法を使用すれば、信頼性の高い変位を得ることができる。
【００３９】
【数８】
0003758917.tif 000009
【００４０】
【数９】
0003758917.tif 000010
この変位計測方法および変位計測装置によると、上記実施の形態における効果の他に、衛星間一重差による測定距離データを用いることにより、計測機器に起因する誤差、すなわちＧＰＳ受信機における時計のゆらぎ等の低周波数を除去する必要がなくなり、さらにその構成等を簡単にすることができる。
【００４１】
上述した各実施の形態に係る変位計測方法および変位計測装置を使用することにより、信頼性の高い防災システムおよび船舶航行支援システムを構築することができ、社会に対して大きい貢献をすることができる。また、上記実施の形態においては、浮体の変位を計測する場合について説明したが、このものに限定されるものではない。この場合、上記時間窓に適用した波浪周期としては、その計測対象に応じて適正な周期が、例えば計測対象の環境下における変動周期などが用いられる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明の各変位計測方法および各変位計測装置の構成によると、ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機との間の測定距離データに基づき、ＧＰＳ受信機の少なくとも３個または４個のＧＰＳ衛星に対する変動量を求め、これら変動量並びにＧＰＳ衛星の方位角および仰角に基づき少なくとも３個または少なくとも３個の衛星間一重差の１次方程式を求め、この連立方程式を解くことにより、ＧＰＳ受信機の三次元座標軸での変位を求めるようにしたので、キネマティック方式などのように参照局を必要とすることなく、また多量の測定データを陸上の参照局に送り参照局側のデータと一緒に解析するようなこともなく、したがって計測に要する費用を抑えてしかも高精度でもって物体の変位を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態における変位計測装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】  同実施の形態の変位計測方法における測定距離データを示す波形図である。
【図３】  同実施の形態の変位計測方法における変動量を示す波形図である。
【図４】  同実施の形態の変位計測方法における変動量を示す波形図である。
【図５】  同実施の形態の変位計測方法における変位を示す波形図である。
【符号の説明】
１      ＧＰＳ受信機
２      距離測定部
３      変動量検出部
４      外乱影響除去部
５      変位演算部
１１      移動平均処理部
１２      変動量演算部
【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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