(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載される測位装置において、
衛星信号測位演算指令を表す第１のタイミング信号がタイミング発生装置から出力されるたびに、航法衛星からの信号受信結果に基づき当該移動体の第１の現在位置ベクトルを求める第１の演算装置と、
上記移動体に搭載されたセンサによる当該移動体の速度ベクトルの検出結果を、上記第１のタイミング信号が出力されたタイミングを起算点として累積加算することにより上記移動体の移動量ベクトルを求める第２の演算装置と、
上記第１の現在位置ベクトルに上記移動量ベクトルを加算して第２の現在位置ベクトルを求める補正装置と、
累積加算の起算となる基準点の位置ベクトルとして第２のタイミング信号が取得されたタイミングにおける第２の現在位置ベクトルを用いて、上記速度ベクトルの検出信号を累積加算する第３の演算装置と、
を備え、
上記補正装置にて求められた上記第２の現在位置ベクトルを以て、上記基準点の位置ベクトルを逐次リセットすることを特徴とする測位装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航法衛星からの信号を利用して車両、船舶、航空機、人間等の移動体の現在位置等を求める測位装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその問題点】
航法衛星からの信号を利用する測位システムの一つに、 GPS(Global Positioning System) ， GLONASS(Global Orbiting Navigation Satellite System) 等に代表されるGNSS(Global Navigation Satellite System)がある。この種のシステムは、一般に、システム全体の運用を統括する制御部分の他に、地球周回軌道上にある多数の人工衛星即ち航法衛星から構成される宇宙部分と、地球上の移動体に搭載される測位装置から構成される利用者部分とを有している。各航法衛星は、送信時刻や航法衛星の軌道に関する情報等を、スペクトル拡散変調された搬送波により地球上に向けて無線送信する。各測位装置は、航法衛星から無線送信された情報を受信復調し、その結果に基づき現時点における航法衛星の位置及び距離（電波伝搬時間）を求める。その時点における位置及び距離が４個以上の航法衛星に関して得られるならば、これらを利用した演算にて、当該測位装置ひいてはこれを搭載する移動体の現在位置（３次元）を求める（測位する）ことができる。なお、ここで、「４個以上」の航法衛星、としているのは、上述の「距離」が一般に誤差を含んでいるため、この誤差を未知数扱いする必要があるからである。また、誤差を含んでいるため上述の「距離」は一般に擬似距離と呼ばれる。更に、上述の「現在位置」は厳密には現在位置ベクトルであるけれども、本願では、記載の簡略化のため単に現在位置と記述することがある。この点は、後述の「移動量」等に関しても同様である。
【０００３】
GNSSの分野においては、測位精度を向上させるため様々な手法が提案及び実施されている。例えば、上述の擬似距離ひいては測位結果たる現在位置に含まれる誤差を、その位置が既知の地点に設けた測位装置（基地局）にて計測し、これをその周囲に存する他の測位装置（移動局）に無線等で送信し、移動局側では受信した誤差を用いて測位結果或いはその導出のための数値を補正する、という利用形態が広く知られており、この利用形態はDGPS(Differential GPS)等と呼ばれる。また、擬似距離の測定乃至誤差の検出に当たっては、航法衛星からの信号に施されているスペクトル拡散変調に係る擬似雑音符号の位相（コード位相）を検出する方法や、航法衛星からの信号送信に使用されている搬送波の位相（搬送波位相）を検出する方法を、用いることができる。ここに、例えば GPSでは、擬似雑音符号が1.023MHz（ C/Aコードの場合）であるのに対し搬送波は1575.42MHz（L1の場合）と高周波であるから、搬送波位相を検出する方法のほうが桁違いに精度よく擬似距離乃至その誤差を検出できる。特に、搬送波位相の検出を行いその結果から誤差情報を生成するDGPSは、搬送波位相DGPS或いは干渉測位DGPSと呼ばれており、高々数センチメートルという非常に高い精度での測位が必要な場合に、用いられる。以上述べた従来技術に関しては、各種の公知文献、例えば「高精度 GPSの展望」（高精度衛星測位システムに関する調査研究会編、日刊工業新聞社、95年 8月31日発行）の第10頁図1.3-3 等を参照されたい。
【０００４】
しかしながら、搬送波位相DGPSにおいても、測位装置を搭載した移動体が移動しているときには、静止しているときに比べ、測位精度が低下することを免れ得ない。まず、航法衛星からの信号の受信結果から現在位置を求めるためには、複数の航法衛星の軌道に関する演算等、各種の複雑な演算が必要である。高速のプロセッサ（群）を測位用の演算装置として用いたとしても、この演算には、 0.2秒程度の演算時間が必要となる。演算によって得られるのは、測位演算を開始した時点における位置であるから、演算装置における演算時間が経過する間における移動体の移動量は、測位誤差となって現れてしまう。ここで、演算時間が 0.2秒、移動体の移動速度が20km/hと低速な場合でも、移動量は20km/h*(0.2/3600)h＝約1.11m となる。測位装置の出力を自動制御等に適用する際には、少なくとも0.1m程度の精度が必要であるから、演算時間における移動体の移動に起因した誤差は、無視し得ない。
【０００５】
【発明の概要】
本発明の目的の一つは、測位演算のための演算時間に移動体が移動したとしても、静止時と同程度又はそれに準ずる水準の測位精度を提供できるようにすることにある。この目的を達成するため、本発明に係り移動体に搭載される測位装置は、衛星信号測位演算指令を表す第１のタイミング信号がタイミング発生装置から出力されるたびに、航法衛星からの信号受信結果に基づき当該移動体の第１の現在位置ベクトルを求める第１の演算装置と、上記移動体に搭載されたセンサによる当該移動体の速度ベクトルの検出結果を、上記第１のタイミング信号が出力されたタイミングを起算点として累積加算することにより上記移動体の移動量ベクトルを求める第２の演算装置と、上記第１の現在位置ベクトルに上記移動量ベクトルを加算して第２の現在位置ベクトルを求める補正装置と、累積加算の起算となる基準点の位置ベクトルとして第２のタイミング信号が取得されたタイミングにおける第２の現在位置ベクトルを用いて、上記速度ベクトルの検出信号を累積加算する第３の演算装置と、を備え、上記補正装置にて求められた上記第２の現在位置ベクトルを以て、上記基準点の位置ベクトルを逐次リセットすることを特徴とする。
【０００６】
より具体的には、第１の演算装置は、衛星信号測位演算指令を表す第１のタイミング信号がタイミング発生装置から出力されるたびに（例えば周期的に）、航法衛星からの信号受信結果に基づき、当該移動体の現在位置ベクトルを求める。他方、第２の演算装置は、この移動体に搭載されたセンサ（例えば速度センサと方位センサの組合せ）による当該移動体の速度ベクトルの検出結果を、上記第１のタイミング信号が出力されたタイミングを起算点として累積加算することにより、上記移動体の移動量ベクトルを求める。ここに、第２の演算装置がこの演算の起算点としているのは、第１のタイミング信号が出力されたタイミング、即ち第１の演算装置が演算を開始した時点であるから、第２の演算装置にて逐次求められる移動量ベクトルは、第１の演算装置が演算を開始してから現時点までの移動体の移動量ベクトルである。補正装置は、このようにして求められた現在位置ベクトルと移動量ベクトルとを加算することにより、補正された現在位置ベクトルを導出する。従って、補正装置にて導出される現在位置ベクトルは、少なくとも第１の演算装置における演算の終了時点から次の衛星信号測位演算指令が発生する時点迄については、移動体の真の現在位置を少なくとも静止時と同程度の精度で表す測位結果となる。即ち、必要な軌道計算等を実行するため第１の演算装置が費やした演算時間の間に移動体が移動したとしても、補正装置にて得られる現在位置ベクトルは、概ねの時点で精度の高い情報となる。
【０００７】
特に、推測航法演算（速度ベクトルの検出結果の累積加算値を基準点の位置ベクトルに加算しこれにより現在位置ベクトルを求める演算）を実行する第３の演算装置を用いているときには、第３の演算装置にて使用する第２のタイミング信号が出力されたタイミングの位置ベクトルを、補正装置にて得られた現在位置ベクトルを以てリセットするようにすれば、当該第３の演算装置にて得られる現在位置ベクトル即ち推測航法測位位置は、常時、真の位置を示すものとなる。また、補正装置にて現在位置ベクトルが得られてから基準点の位置ベクトルのリセットまでに時間遅れがあっても、この時間遅れの間に生じた移動量はすでに第２の演算装置の出力ひいては補正装置の出力に含まれているから、当該時間遅れによる誤差発生等のおそれはない。
【０００８】
なお、ここでは本発明を「測位装置」に係る発明として表現したが、本発明は「測位方法」「測位システム」等としても把握及び表現できる。本願の開示を参照した当業者にとっては、かかる事項は自明であろう。また、本発明は、搬送波位相DGPSに適用するのが望ましいが、測位演算時間における移動体の移動が測位精度向上に当たって支障となる他の種類のGNSSにも、本発明を適用可能である。更に、DGPSに本発明を適用する場合に、誤差情報を基地局から移動局へ伝送するための回線の種類は問わない。本発明の要旨の把握に当たっては、特に、この回線や基地局を含めたシステム全体を、本発明に係る構成として把握する余地がある点に、留意されたい。更に、後述の実施形態では、いわゆる推測航法の際の基準位置を上述の補正された現在位置ベクトルにて与えているが、本発明は、補正された現在位置ベクトルの利用形態に特別の限定を要するものではない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態に関し図面に基づき説明する。
【００１０】
図１に、本発明の一実施形態に係る搬送波位相DGPSの構成を示す。基地局１０は、その位置が既知の地点に固定的に設けられた測位装置であり、衛星信号追従装置１１及びデータ送出装置１２から構成されている。衛星信号追従装置１１は、図示しない航法衛星から送信される信号を受信し、その搬送波の位相及び予め明らかとなっている基地局１０の配設地点に基づき、移動局２０に送信すべき誤差情報を生成する。データ送出装置１２は、衛星信号追従装置１１により生成された誤差情報を、周囲に無線送信する。
【００１１】
移動局２０は衛星信号追従装置２１及びデータ受信装置２２を有している。衛星信号追従装置２１は、航法衛星から送信される信号を受信し、この信号を復調することにより航法衛星の軌道情報等を生成すると共にその搬送波への同期確立等により航法衛星までの擬似距離等を求める。他方、データ受信装置２２はデータ送出装置１２から送信される誤差情報を受信する。移動局２０は、更に、衛星信号測位演算装置２３を有している。衛星信号測位演算装置２３は、タイミング発生装置２４から衛星信号測位演算指令を表すタイミング信号Ｔｇが与えられる度に、衛星信号追従装置２１により得られる情報及びデータ受信装置２２にて受信された誤差情報に基づき、所定の原理に従い搭載に係る移動体の現在位置Ｐｇを演算する。
また、移動局２０は、推測航法移動量演算装置２５を有している。推測航法移動量演算装置２５は、当該移動体に搭載されている方位・速度センサ２６を用いてこの移動体の移動速度を検出し、これを、タイミング信号Ｔｇの発生時点を起算点として積算することにより、当該時点から現時点までの移動体の移動量ＶＣを逐次演算する。移動局２０は、更に、推測航法測位位置補正装置２７を有している。推測航法測位位置補正装置２７は、衛星信号測位演算装置２３にて求められた現在位置Ｐｇと、推測航法移動量演算装置２５により求められた移動量ＶＣとをベクトル加算することにより、補正された現在位置ＰＣを生成する。タイミング信号発生装置２４は、前述のタイミング信号Ｔｇに比べ短い周期にて、演算結果出力指令を与えるタイミング信号Ｔｄを発生させており、推測航法測位位置補正装置２７はこのタイミング信号Ｔｄに応じ補正された現在位置ＰＣを出力する。移動局２０は、更に、推測航法測位位置演算装置２８を有しており、推測航法測位位置演算装置２８は、方位・速度センサ２６を用いて移動体の移動速度を検出し、これを累積加算することにより、推測航法に係る測位位置Ｐｄを演算する。ただし、タイミング信号Ｔｄが発生した時点において、推測航法測位位置補正装置２７から現在位置ＰＣが与えられているときには、推測航法測位位置演算装置２８は、推測航法に係る演算の起算点となる基準点を、この現在位置ＰＣにリセットする。
【００１２】
図２に、この実施形態による測位精度改善の原理を示す。ただし、この図においては、実際には三次元ベクトルであるＰｇ、ＶＣ、ＶＤ及びＰＣを、いずれも一次元的に表していることに、留意されたい。また、ここでは、移動局２０を搭載する移動体が図２（ａ）にて破線で示されるような航跡を辿っているとする。すなわち、タイミング信号Ｔｇが発生する度に、その位置がＰｇ０、Ｐｇ１、Ｐｇ２…となるような航跡を辿っているとする。更に、衛星信号測位演算装置２３における演算には、その演算の複雑さ等に起因して、Ｔａという演算時間乃至遅延時間が発生しているとする。
【００１３】
この場合、衛星信号測位演算装置２３の演算結果たるＰｇは、図２（ａ）に示されるように、真の航跡に対しＴａだけ遅れてかつ階段状に変化していく。他方、推測航法移動量演算装置２５は、方位・速度センサ２６の出力を利用して移動量ＶＣを演算しており、かつこの移動量ＶＣはタイミング発生回路２４からのタイミング信号Ｔｇが発生する毎にリセットされている（図２（ｂ）を参照）。本実施形態においては、図２（ｃ）に示されるＰｇと図２（ｂ）に示されるＶＣとを加算することにより、推測航法測位位置補正装置２７において補正された現在位置ＰＣを求めている。このＰＣは、図２（ｂ）に示されるように、大部分の期間において真の航跡と一致する値となる。
【００１４】
本実施形態においては、更に、このようにして得られるＰＣを以て、推測航法測位位置演算装置２８にて使用する基準点の位置をリセットし、これにより、推測航法測位位置演算装置２８から得られるＰｄを上自身の航跡に一致する位置としている（図２（ｅ）を参照）。即ち、推測航法測位位置演算装置２８は、Ｐｇが得られた後最初にＴｄが発生したタイミングにて、Ｐｃを読み込み、その時点でのＰｄをこのＰｃにリセットするとともに、ＶＤをリセットする（図２（ｄ）参照）。ここでいうＶＤは、方位・速度センサ２６の出力の累積加算値であり、従ってＰｄがＰｃにてリセットされてからの移動体の移動量を表している。尚、図中、“Ｔｄ”の右に“…”を記載してあるのは、ＴｄをＴｇに比べ頻繁に発生させてよいことを示すためである。従って本実施形態によれば、従来の搬送波位相DGPSに比べ、高い測位精度を、実現することができる。すなわち、衛星信号測位演算装置２３における演算時間Ｔａの存在にもかかわらず、高い測位精度を実現でき、自動制御その他の目的に適した測位装置（移動局２０）を実現することができる。
【００１５】
また、図２（ａ）から明らかなように、現在位置Ｐｇが真の航跡と近い値をとるのはタイミング信号Ｔｇ発生後時間Ｔａが経過した直後の時間である。従って衛星信号測位演算の結果得られる現在位置Ｐｇを、推測航法における累積加算の基準位置として用いる従来技術においては、位置誤差を極力少なくするため、現在位置Ｐｇが得られてから、それを推測航法基準位置をリセットするまでの間の時間を極力短くする必要があった。これに対し、本実施形態においては、推測航法基準位置をリセットするまでの間の移動量も推測航法移動量演算装置２５で演算される。従って、現在位置Ｐｇが得られてから、それを推測航法基準位置をリセットするまでの間の時間には、従来のような厳しい制限は課せられない。
【００１６】
また、本実施形態においては、タイミング信号Ｔｇとタイミング信号Ｔｄは分離されているので、タイミング信号Ｔｄ周期はタイミング信号Ｔｇ周期より極めて短くでき、高精度位置Ｐｄを従来に比べ頻繁に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係るシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】  この実施形態における測位精度改善原理を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０  基地局、２０  移動局、２３  衛星信号測位演算装置、２５  推測航法移動量演算装置、２７  推測航法測位位置補正装置、２８  推測航法測位位置演算装置、Ｐｇ、ＰＣ、Ｐｄ  現在位置、Ｔｇ、Ｔｄ  タイミング信号。
【図１】
0003848712.tif 000002
【図２】
0003848712.tif 000003