JP2006119006A - Positioning device, system, method, and program - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure accurately positioning calculation by assuming the earth center as one GPS satellite, while suppressing an increase of a storage capacity. <P>SOLUTION: When connection from moving terminals 107a, 107b to a GPS server 102 is established, information of an access point where the moving terminals 107a, 107b are connected is added to a transmission packet by an exclusive protocol, and transmitted to the GPS server 102. The GPS server 102 retrieves an altitude table 103a on the basis of the information of the access point where the moving terminals 107a, 107b are connected, acquires thereby altitude information corresponding to present positions of the moving terminals 107a, 107b, and transmits it to the moving terminals 107a, 107b. When acquiring the altitude information corresponding to the present positions of the moving terminals 107a, 107b, positioning means 108a, 108b performs positioning calculation by assuming the earth center as a satellite. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は測位装置、測位システム、測位方法および測位プログラムに関し、特に、GPS(グローバルポジショニングシステム)に適用して好適なものである。   The present invention relates to a positioning device, a positioning system, a positioning method, and a positioning program, and is particularly suitable for application to GPS (global positioning system).

近年の車載型端末装置や携帯型端末装置では、GPSを搭載することにより車両や歩行者の現在位置を把握することが行われている。さらに、車載型端末装置や携帯型端末装置に地図情報を持たせ、GPSによる測位結果を地図上に表示することにより、ナビゲーション機能を実現することも行われている。そして、GPSにより現在の位置情報を精度よく算出するためには、少なくとも4つの衛星からの電波を受信する必要がある。   In recent vehicle-mounted terminal devices and portable terminal devices, it is performed to grasp the current position of a vehicle or a pedestrian by installing a GPS. Further, a navigation function is realized by providing map information to an in-vehicle terminal device or a portable terminal device and displaying a positioning result by GPS on a map. In order to accurately calculate the current position information by GPS, it is necessary to receive radio waves from at least four satellites.

特許文献1には、GPS受信機により捕捉されているn個のGPS衛星からの受信電波より擬似距離riをそれぞれ測定し、擬似距離riを表すGPS受信機の座標(x,y,z)および時計誤差tを変数とするn個の関数に対して、マルチパスの発生が検出された場合には、地球中心を1個のGPS衛星とみたてた擬似距離rn+1を表す受信機の座標を変数とする1個の関数を追加し、これらの合計(n+1)個の関数について収束計算を行うことにより、マルチパスの影響による測位精度の劣化を抑制する方法が開示されている。 In Patent Document 1, a pseudo distance r i is measured from radio waves received from n GPS satellites captured by a GPS receiver, and coordinates (x, y, z) of the GPS receiver representing the pseudo distance r i are disclosed. ) And n functions having the clock error t as a variable, when the occurrence of multipath is detected, the reception represents the pseudorange r n + 1 when the center of the earth is regarded as one GPS satellite. A method for suppressing deterioration in positioning accuracy due to the influence of multipath is disclosed by adding one function with machine coordinates as a variable and performing convergence calculation on the total (n + 1) functions. .

ここで、地球中心を1個のGPS衛星と見立てて測位計算を行う方法では、GPS受信機の高度情報が必要となる。このため、GPS受信機に気圧センサを搭載することにより、GPS受信機の高度を計測する方法があった。
特開2002−333472号公報
Here, in the method of performing the positioning calculation by regarding the earth center as one GPS satellite, the altitude information of the GPS receiver is required. For this reason, there has been a method of measuring the altitude of the GPS receiver by mounting a barometric sensor on the GPS receiver.
JP 2002-333472 A

しかしながら、GPS受信機に気圧センサを搭載する方法では、コストアップを招くとともに、大気が不安定な時は、気圧センサで計測された気圧値が変動する。このため、GPS受信機の高度の計測値に誤差が発生し、地球中心を1個のGPS衛星とみたてた時の測位精度に劣化を招くという問題があった。
一方、高度情報をGPS受信機に持たせると、GPS受信機が移動可能な全てのエリアの高度情報が必要になることから、膨大な記憶容量が必要となり、GPS受信機の携帯性が損なわれるという問題があった。
However, the method of mounting the atmospheric pressure sensor on the GPS receiver increases the cost, and when the atmosphere is unstable, the atmospheric pressure value measured by the atmospheric pressure sensor fluctuates. For this reason, an error occurs in the measured value of the altitude of the GPS receiver, and there is a problem that the positioning accuracy when the center of the earth is regarded as one GPS satellite is deteriorated.
On the other hand, if the GPS receiver has altitude information, it requires altitude information for all areas to which the GPS receiver can move, which requires enormous storage capacity and impairs the portability of the GPS receiver. There was a problem.

そこで、本発明の目的は、記憶容量の増大を抑制しつつ、地球中心を1個のGPS衛星と見立てて測位計算を精度よく行うことが可能な測位装置、測位システム、測位方法および測位プログラムを提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a positioning device, a positioning system, a positioning method, and a positioning program that can perform positioning calculation with high accuracy by assuming the center of the earth as one GPS satellite while suppressing an increase in storage capacity. Is to provide.

上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る測位装置によれば、衛星から電波を受信するとともに、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行う測位手段と、通信ネットワークを介して前記測位計算に用いる高度情報を取得する通信手段とを備えることを特徴とする。
これにより、必要なエリアの高度情報を必要な時だけ取得することが可能となり、全てのエリアの高度情報を測位装置に持たせることなく、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行うことが可能となる。このため、測位に必要な数の衛星が捕捉できない場合においても、測位装置の記憶容量の増大を抑制しつつ、測位計算を行うことが可能となるとともに、測位計算の精度を向上させることができる。
In order to solve the above-described problem, according to the positioning device according to one aspect of the present invention, a positioning unit that receives radio waves from a satellite and performs positioning calculation assuming that the center of the earth is a satellite, and a communication network And communication means for acquiring altitude information used for the positioning calculation.
This makes it possible to obtain altitude information for the necessary areas only when necessary, and to perform positioning calculations assuming that the center of the earth is a satellite without having the positioning device have altitude information for all areas. It becomes. For this reason, even when the number of satellites necessary for positioning cannot be acquired, positioning calculation can be performed while suppressing an increase in the storage capacity of the positioning device, and the accuracy of positioning calculation can be improved. .

また、本発明の一態様に係る測位装置によれば、前記測位手段は、捕捉したn個の衛星からの受信電波より擬似距離をそれぞれ測定し、擬似距離を表す現在地の座標および時計誤差を変数とするn個の関数に対して、地球中心を1個の衛星とみたてた擬似距離を表す現在地の座標を変数とする1個の関数を追加し、これらの合計(n+1)個の関数について収束計算を行うことにより、(n+1)元連立方程式の解として現在地の座標および時計誤差を算出することを特徴とする。   Further, according to the positioning apparatus of one aspect of the present invention, the positioning unit measures the pseudo distances from the received radio waves from the n number of captured satellites, and sets the coordinates of the current location representing the pseudo distance and the clock error as variables. Is added to the n functions, and one function whose variable is the coordinates of the current location representing the pseudorange with the earth center as one satellite is added. By performing the convergence calculation, the coordinates of the current location and the clock error are calculated as a solution of the (n + 1) simultaneous simultaneous equations.

これにより、衛星の捕捉数を増大させることなく、測位計算に用いる関数の個数を1個分だけ増加させることが可能となる。このため、測位に必要な数の衛星が捕捉できない場合においても、測位計算を行うことが可能となるとともに、測位に必要な数の衛星が捕捉できる場合においても、衛星の配置状態を改善することが可能となり、測位計算の精度を向上させることができる。   This makes it possible to increase the number of functions used for positioning calculation by one without increasing the number of captured satellites. Therefore, it is possible to perform positioning calculation even when the number of satellites necessary for positioning cannot be acquired, and to improve the arrangement state of the satellite even when the number of satellites necessary for positioning can be acquired. And the accuracy of positioning calculation can be improved.

また、本発明の一態様に係る測位システムによれば、衛星から電波を受信するとともに、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行う移動端末と、前記移動端末に搭載され、移動体通信網を介して基地局と通信を行う通信手段と、前記測位計算に用いられる高度情報を前記移動体通信網信を介して前記移動端末に送信するサーバとを備えることを特徴とする。   In addition, according to the positioning system of one aspect of the present invention, a mobile terminal that receives radio waves from a satellite and performs positioning calculation assuming the earth center as a satellite, and mounted on the mobile terminal, a mobile communication network is installed. Communication means for communicating with the base station via the mobile station, and a server for transmitting altitude information used for the positioning calculation to the mobile terminal via the mobile communication network.

これにより、移動端末が現在存在するエリアの高度情報を必要な時だけサーバから取得することが可能となり、全国あるいは全世界の高度情報を移動端末に持たせることなく、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行うことが可能となる。このため、測位に必要な数の衛星が捕捉できない場合においても、移動端末の記憶容量の増大を抑制しつつ、測位計算を行うことが可能となるとともに、測位計算の精度を向上させることができる。   This makes it possible to obtain altitude information of the area where the mobile terminal currently exists from the server only when necessary, and the center of the earth is regarded as a satellite without having the mobile terminal have altitude information of the whole country or the whole world. Positioning calculation can be performed. For this reason, even when the number of satellites necessary for positioning cannot be acquired, positioning calculation can be performed while suppressing an increase in the storage capacity of the mobile terminal, and the accuracy of positioning calculation can be improved. .

また、本発明の一態様に係る測位システムによれば、前記サーバ側に設けられ、前記基地局が受け持つ通信エリアごとに高度情報が登録された高度テーブルをさらに備えることを特徴とする。
これにより、あらゆる高度情報を移動端末に持たせることなく、移動端末の移動位置に応じて高度情報を更新することが可能となる。このため、移動端末の記憶容量の増大を抑制しつつ、高度情報の精度を向上させることが可能となり、移動端末の携帯性を損なうことなく、移動端末の測位計算の精度を向上させることができる。
The positioning system according to one aspect of the present invention further includes an altitude table provided on the server side, in which altitude information is registered for each communication area handled by the base station.
Thereby, altitude information can be updated according to the movement position of the mobile terminal without giving the mobile terminal any altitude information. For this reason, it is possible to improve the accuracy of altitude information while suppressing an increase in storage capacity of the mobile terminal, and it is possible to improve the accuracy of positioning calculation of the mobile terminal without impairing the portability of the mobile terminal. .

また、本発明の一態様に係る測位システムによれば、前記通信手段は、互いに接続が確立している基地局を特定する情報を前記サーバに送信し、前記サーバは、前記基地局に対応した高度情報を前記移動端末に送信することを特徴とする。
これにより、移動端末側で測位を行うことなく、移動端末の大体の位置をサーバ側で把握することが可能となる。このため、移動端末に送られる高度情報の精度を向上させることが可能となり、測位に必要な数の衛星が捕捉できない場合においても、移動端末の測位を精度よく行うことができる。
Moreover, according to the positioning system according to one aspect of the present invention, the communication unit transmits information specifying base stations that are mutually connected to the server, and the server corresponds to the base station. Altitude information is transmitted to the mobile terminal.
Accordingly, it is possible to grasp the approximate position of the mobile terminal on the server side without performing positioning on the mobile terminal side. For this reason, it is possible to improve the accuracy of altitude information sent to the mobile terminal, and positioning of the mobile terminal can be performed accurately even when the number of satellites necessary for positioning cannot be acquired.

また、本発明の一態様に係る測位システムによれば、前記移動端末は、今回の測位計算の高度情報として前回の測位結果を用いることを特徴とする。
これにより、移動端末はサーバにアクセスすることなく、地球中心を衛星と見立てて今回の測位計算を行うことが可能となるとともに、高度情報の精度の劣化を抑制することが可能となる。このため、測位に必要な数の衛星が捕捉できない場合においても、測位精度の劣化を抑制しつつ、短時間で測位を行うことが可能となる。
In the positioning system according to one aspect of the present invention, the mobile terminal uses a previous positioning result as altitude information for the current positioning calculation.
This makes it possible for the mobile terminal to perform the current positioning calculation by regarding the center of the earth as a satellite without accessing the server, and to suppress deterioration in accuracy of altitude information. For this reason, even when the number of satellites necessary for positioning cannot be acquired, positioning can be performed in a short time while suppressing deterioration of positioning accuracy.

また、本発明の一態様に係る測位方法によれば、n個の衛星を捕捉するステップと、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行うための高度情報を通信ネットワークを介して取得するステップと、前記捕捉したn個の衛星からの受信電波より擬似距離をそれぞれ測定するステップと、前記擬似距離を表す現在地の座標および時計誤差を変数とするn個の関数を生成するステップと、前記地球中心を1個の衛星とみたてた擬似距離を表す現在地の座標を変数とする1個の関数を生成するステップと、前記生成された(n+1)個の関数について収束計算を行うことにより、(n+1)元連立方程式の解として現在地の座標および時計誤差を算出するステップとを備えることを特徴とする。   In addition, according to the positioning method according to an aspect of the present invention, the step of capturing n satellites, the step of acquiring altitude information for performing positioning calculation assuming the earth center as a satellite, via a communication network, Measuring a pseudo distance from each of received radio waves from the n captured satellites, generating n functions having variables of current position coordinates and clock error representing the pseudo distance, and the center of the earth (N + 1) by generating one function with the coordinates of the current position representing the pseudorange as a satellite and performing the convergence calculation on the (n + 1) generated functions. And a step of calculating a current position coordinate and a clock error as a solution of the original simultaneous equations.

これにより、測位に必要な数の衛星が捕捉できない場合においても、測位計算を行うことが可能となるとともに、測位に必要な数の衛星が捕捉できる場合においても、衛星の配置状態を改善することが可能となり、測位計算の精度を向上させることができる。
また、本発明の一態様に係る測位プログラムによれば、衛星から電波を受信させるとともに、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行うステップと、通信ネットワークを介して前記測位計算に用いる高度情報を取得するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。
This makes it possible to perform positioning calculations even when the number of satellites necessary for positioning cannot be acquired, and to improve the arrangement state of the satellites even when the number of satellites necessary for positioning can be acquired. And the accuracy of positioning calculation can be improved.
In addition, according to the positioning program according to one aspect of the present invention, the step of receiving the radio wave from the satellite and performing the positioning calculation on the assumption that the center of the earth is the satellite, and the altitude information used for the positioning calculation via the communication network are obtained. The step of obtaining is executed by a computer.

これにより、測位プログラムをコンピュータに実行させることで、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行うことが可能となる。このため、測位に必要な数の衛星が捕捉できない場合においても、コストアップを抑制しつつ、測位計算を行うことが可能となるとともに、測位計算の精度を向上させることができる。   As a result, by causing the computer to execute the positioning program, it is possible to perform positioning calculation assuming that the center of the earth is a satellite. For this reason, even when the number of satellites necessary for positioning cannot be acquired, positioning calculation can be performed while suppressing an increase in cost, and the accuracy of positioning calculation can be improved.

以下、本発明の実施形態に係る測位装置および測位方法について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る測位システムの概略構成を示すブロック図である。
図1において、通信ネットワーク105には、処理センタ101および基地局106a〜106cが接続されている。そして、移動端末107a、107bは基地局106a〜106cと接続を確立することにより、移動端末107a、107bは基地局106a〜106cなどのアクセスポイントとの間で通信を行うことができる。また、処理センタ101には、GPSサーバ102、データベース103および処理端末104が設けられている。ここで、データベース103には、基地局エリアごとの高度情報が登録された高度テーブル103aが格納されている。
Hereinafter, a positioning device and a positioning method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a positioning system according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a processing center 101 and base stations 106a to 106c are connected to a communication network 105. The mobile terminals 107a and 107b establish connections with the base stations 106a to 106c, so that the mobile terminals 107a and 107b can communicate with access points such as the base stations 106a to 106c. The processing center 101 is provided with a GPS server 102, a database 103, and a processing terminal 104. Here, the database 103 stores an altitude table 103a in which altitude information for each base station area is registered.

また、移動端末107a、107bには、移動端末107a、107bの現在位置をそれぞれ測位する測位手段108a、108bがそれぞれ設けられている。ここで、測位手段108a、108bは、衛星から電波を受信するとともに、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行うことができる。そして、移動端末107a、107bは、測位手段108a、108bにて測位計算が行われる場合、基地局106a〜106cと接続を確立することによりGPSサーバ102にアクセスし、高度テーブル103aに登録されている移動端末107a、107bの所在エリアの高度テーブルを取得することができる。   The mobile terminals 107a and 107b are provided with positioning means 108a and 108b for measuring the current positions of the mobile terminals 107a and 107b, respectively. Here, the positioning means 108a and 108b can receive a radio wave from a satellite and perform a positioning calculation by regarding the center of the earth as a satellite. When the positioning calculation is performed by the positioning means 108a and 108b, the mobile terminals 107a and 107b access the GPS server 102 by establishing a connection with the base stations 106a to 106c, and are registered in the altitude table 103a. The altitude table of the area where the mobile terminals 107a and 107b are located can be acquired.

ここで、移動端末107a、107bからGPSサーバ102への接続が確立すると、移動端末107a、107bが接続したアクセスポイントの情報を専用プロトコルによって送信パケットに付加し、GPSサーバ102に送出することができる。なお、移動端末107a、107bが接続したアクセスポイントの情報としては、例えば、携帯電話またはPHSと交信した基地局、無線電話の基地局、あるいは有線電話の電話番号などを挙げることができる。   Here, when the connection from the mobile terminals 107a and 107b to the GPS server 102 is established, the information of the access point to which the mobile terminals 107a and 107b are connected can be added to the transmission packet by a dedicated protocol and sent to the GPS server 102. . The access point information to which the mobile terminals 107a and 107b are connected includes, for example, a base station that communicates with a mobile phone or a PHS, a base station of a wireless phone, or a telephone number of a wired phone.

そして、GPSサーバ102は、移動端末107a、107bが接続したアクセスポイントの情報に基づいて高度テーブル103aを検索することにより、現在の移動端末107a、107bの所在エリアの高度テーブルを取得し、移動端末107a、107bに送信することができる。
そして、測位手段108a、108bは、高度テーブルから現在の移動端末107a、107bの位置に対応した高度情報を取得すると、捕捉したn個の衛星からの受信電波より擬似距離をそれぞれ測定し、擬似距離を表す現在地の座標および時計誤差を変数とするn個の関数を構築するとともに、地球中心を1個の衛星とみたてた擬似距離を表す現在地の座標を変数とする1個の関数を追加することができる。そして、これらの合計(n+1)個の関数について収束計算を行うことにより、(n+1)元連立方程式の解として現在地の座標および時計誤差を算出することができる。
Then, the GPS server 102 searches the altitude table 103a based on the information of the access point to which the mobile terminals 107a and 107b are connected, thereby acquiring the altitude table of the current location area of the mobile terminals 107a and 107b. 107a and 107b.
Then, when the positioning means 108a and 108b obtain the altitude information corresponding to the current positions of the mobile terminals 107a and 107b from the altitude table, the positioning means 108a and 108b measure the pseudo distances from the received radio waves from the n satellites captured, respectively. N functions having the coordinates of the current location representing the clock and a clock error as variables are constructed, and one function having the coordinates of the current location representing the pseudorange assuming the earth center as one satellite is added. be able to. Then, by performing convergence calculation for the total (n + 1) functions, the coordinates of the current location and the clock error can be calculated as the solution of the (n + 1) simultaneous simultaneous equations.

これにより、必要なエリアの高度情報を必要な時だけ移動端末107a、107bに持たせることが可能となり、全国あるいは全世界の高度情報を移動端末107a、107bに持たせることなく、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行うことが可能となる。このため、測位に必要な数の衛星が捕捉できない場合においても、移動端末107a、107bの記憶容量の増大を抑制しつつ、測位計算を行うことが可能となるとともに、測位計算の精度を向上させることができる。   As a result, the mobile terminals 107a and 107b can have altitude information for the necessary area only when necessary, and the center of the earth can be transmitted to the satellite without having the mobile terminals 107a and 107b have altitude information for the whole country or the whole world. This makes it possible to perform positioning calculation. For this reason, even when the number of satellites necessary for positioning cannot be acquired, positioning calculation can be performed while suppressing an increase in the storage capacity of the mobile terminals 107a and 107b, and the accuracy of positioning calculation is improved. be able to.

なお、通信ネットワーク105としては、IP通信を行う公衆通信網を用いることができ、インターネットであってもよい。あるいは、固定電話通信網、移動体通信網やLANなどであってもよい。また、移動端末107a、107は、ノート型パーソナルコンピュータあるいはデスクトップ型パーソナルコンピュータでもよく、ビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯電話端末やPDA(Personal Data Assistant)などでもよい。   The communication network 105 can be a public communication network that performs IP communication, and may be the Internet. Alternatively, it may be a fixed telephone communication network, a mobile communication network, a LAN, or the like. The mobile terminals 107a and 107 may be notebook personal computers or desktop personal computers, and may be video cameras, digital cameras, mobile phone terminals, PDAs (Personal Data Assistants), or the like.

図2は、本発明の一実施形態に係る高度テーブルの構成例を示す図である。
図2において、基地局ごとの高度テーブルは、ヘッダおよび高度データから構成され、各基地局106a〜106cと通信できるエリアにおいて、細分化されたセルの高度値が格納されている。ここで、ヘッダには、基地局番号と基地局106a〜106cの座標値(Lat_b,Lon_b,Alt_b)が登録されている。なお、基地局106a〜106cの座標値(Lat_b,Lon_b,Alt_b)は、(緯度,経度,高度)で表すことができる。また、ヘッダには、細分化されたセルの幅Widthおよび長さLengthが格納されるとともに、各エリアの左上セルの座標(Lat_1,Lon_1)および右下セルの座標(Lat_2,Lon_2)などが格納されている。また、高度データは、左上セルから右下セルまでに順番に配置された各セルの高度値Altitudeから構成することができる。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of an altitude table according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 2, the altitude table for each base station is composed of a header and altitude data, and the altitude values of the subdivided cells are stored in areas where communication with the base stations 106a to 106c is possible. Here, the base station number and the coordinate values (Lat_b, Lon_b, Alt_b) of the base stations 106a to 106c are registered in the header. The coordinate values (Lat_b, Lon_b, Alt_b) of the base stations 106a to 106c can be represented by (latitude, longitude, altitude). The header stores the width Width and length Length of the subdivided cells, and the coordinates of the upper left cell (Lat_1, Lon_1) and the coordinates of the lower right cell (Lat_2, Lon_2) of each area. Has been. The altitude data can be composed of altitude values of each cell arranged in order from the upper left cell to the lower right cell.

そして、与えられた座標値(Lat,Lon)の高度を高度テーブルから検索する場合、与えられた座標値(Lat,Lon)を左上セルの座標(Lat_1,Lon_1)および右下セルの座標(Lat_2,Lon_2)と比較し、このエリアを越えたら基地局の高度値Alt_bを移動端末107a、107bに返すことができる。
一方、与えられた座標値(Lat,Lon)がエリア内にあるなら、与えられた座標値(Lat,Lon)が存在するセルIndexを以下の式で計算する。
When searching the altitude of the given coordinate value (Lat, Lon) from the altitude table, the given coordinate value (Lat, Lon) is obtained by using the upper left cell coordinates (Lat_1, Lon_1) and the lower right cell coordinates (Lat_2). , Lon_2), the altitude value Alt_b of the base station can be returned to the mobile terminals 107a and 107b when the area is exceeded.
On the other hand, if the given coordinate value (Lat, Lon) is in the area, the cell index in which the given coordinate value (Lat, Lon) exists is calculated by the following formula.

そして、セルIndexに対応した高度値Altitudeを基地局エリア高度テーブルから検索し、その高度値Alt_iを移動端末107a、107bに返すことができる。
図3は、図1のGPS受信機の概略構成を示すブロック図である。
図3において、GPS衛星から送信されたGPS信号は、アンテナ1を介して受信される。そして、アンテナ1にて受信されたGPS信号はローノイズアンプ2に入力され、ローノイズアンプ2にて増幅される。そして、ローノイズアンプ2にて増幅されたGPS信号は、バンドパスフィルタ3に入力され、バンドパスフィルタ3にて所望の周波数が抽出された後、混合器4に出力される。
Then, the altitude value corresponding to the cell index can be searched from the base station area altitude table, and the altitude value Alt_i can be returned to the mobile terminals 107a and 107b.
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the GPS receiver of FIG.
In FIG. 3, a GPS signal transmitted from a GPS satellite is received via the antenna 1. The GPS signal received by the antenna 1 is input to the low noise amplifier 2 and amplified by the low noise amplifier 2. The GPS signal amplified by the low noise amplifier 2 is input to the band pass filter 3, and a desired frequency is extracted by the band pass filter 3, and then output to the mixer 4.

一方、基準発振器16から出力される基準信号はPLL回路17に入力され、基準発振器16から出力された基準信号がPLL回路17にて分周または逓倍されて、一定の周波数を持つ周波数信号が生成される。なお、PLL回路17はCPU14により制御され、PLL回路17における分周比などを制御することで、PLL回路17にて生成される周波数信号の周波数を変化させることができる。   On the other hand, the reference signal output from the reference oscillator 16 is input to the PLL circuit 17, and the reference signal output from the reference oscillator 16 is divided or multiplied by the PLL circuit 17 to generate a frequency signal having a constant frequency. Is done. The PLL circuit 17 is controlled by the CPU 14, and the frequency of the frequency signal generated by the PLL circuit 17 can be changed by controlling the frequency division ratio and the like in the PLL circuit 17.

そして、PLL回路17にて生成された周波数信号は混合器4に出力され、PLL回路17にて生成された周波数信号がバンドパスフィルタ3から出力されたGPS信号に混合されることで、所定の周波数(1.5GHz帯)のGPS信号が第1中間周波数信号にダウンコンバート(周波数変換)される。
そして、混合器4から出力された第1中間周波数信号はオートゲインコントロールアンプ5に入力され、所定の振幅に増幅される。なお、オートゲインコントロールアンプ5はCPU14により制御され、復調回路10の状況に応じてオートゲインコントロールアンプ5の増幅率を調整することができる。そして、オートゲインコントロールアンプ5にて増幅された第1中間周波数信号はバンドパスフィルタ6に入力され、バンドパスフィルタ6にて所望の周波数が抽出された後、混合器7に出力される。
Then, the frequency signal generated by the PLL circuit 17 is output to the mixer 4, and the frequency signal generated by the PLL circuit 17 is mixed with the GPS signal output from the bandpass filter 3, thereby obtaining a predetermined signal. A GPS signal having a frequency (1.5 GHz band) is down-converted (frequency conversion) into a first intermediate frequency signal.
The first intermediate frequency signal output from the mixer 4 is input to the auto gain control amplifier 5 and amplified to a predetermined amplitude. The auto gain control amplifier 5 is controlled by the CPU 14 and can adjust the amplification factor of the auto gain control amplifier 5 according to the situation of the demodulation circuit 10. The first intermediate frequency signal amplified by the auto gain control amplifier 5 is input to the band pass filter 6, and a desired frequency is extracted by the band pass filter 6, and then output to the mixer 7.

そして、PLL回路17にて生成された周波数信号が混合器7に出力され、PLL回路17にて生成された周波数信号がバンドパスフィルタ6から出力された第1中間周波数信号に混合されることで、第1中間周波数信号が第2中間周波数信号にダウンコンバートされる。なお、PLL回路17は、混合器4に出力した基準信号よりも周波数の低い基準信号を混合器7に出力することができる。   The frequency signal generated by the PLL circuit 17 is output to the mixer 7, and the frequency signal generated by the PLL circuit 17 is mixed with the first intermediate frequency signal output from the bandpass filter 6. The first intermediate frequency signal is downconverted to the second intermediate frequency signal. The PLL circuit 17 can output a reference signal having a frequency lower than that of the reference signal output to the mixer 4 to the mixer 7.

そして、混合器7から出力された第2中間周波数信号はローパスフィルタ8に入力され、ローパスフィルタ8にて高周波成分が除去された後、A/Dコンバータ9に出力される。そして、ローパスフィルタ8から出力された第2中間周波数信号がA/Dコンバータ9にてデジタル化された後、復調回路10に出力される。そして、復調回路10は、第2中間周波数信号が入力されると、CPU14からの制御に基づいて、GPS信号の復調処理を行うことができる。   The second intermediate frequency signal output from the mixer 7 is input to the low-pass filter 8, and after the high-frequency component is removed by the low-pass filter 8, it is output to the A / D converter 9. The second intermediate frequency signal output from the low pass filter 8 is digitized by the A / D converter 9 and then output to the demodulation circuit 10. Then, when the second intermediate frequency signal is input, the demodulation circuit 10 can perform a GPS signal demodulation process based on the control from the CPU 14.

この復調回路10では、デジタル化された第2中間周波数信号にPN符号(擬似ランダム符号)を乗算して、スペクトラム逆拡散処理を行うとともに、このスペクトラム逆拡散処理された信号をBPSK復調して、GPS信号の復調処理を行うことにより、GPS衛星から送信されたアルマナックデータ、エフェメリスデータおよびGPSタイムデータなどを得ることができる。   The demodulating circuit 10 multiplies the digitized second intermediate frequency signal by a PN code (pseudo random code) to perform spectrum despreading processing, and BPSK-demodulates the signal subjected to spectrum despreading processing, By performing GPS signal demodulation processing, it is possible to obtain almanac data, ephemeris data, GPS time data, and the like transmitted from GPS satellites.

ここで、スペクトラム逆拡散処理に使用されるPN符号は、各GPS衛星ごとに決められた値をとり、このPN符号を選択することでGPS信号を受信するGPS衛星を選択することができる。なお、GPS信号を受信するGPS衛星は、CPU14からの制御に基づいて選択することができる。また、復調回路10は、8チャンネルから最大16チャンネルまで同時に復調処理を行うことができ、複数のGPS衛星から送信されるGPS信号を同時に復調することができる。   Here, the PN code used for the spectrum despreading process takes a value determined for each GPS satellite, and a GPS satellite that receives a GPS signal can be selected by selecting this PN code. A GPS satellite that receives a GPS signal can be selected based on control from the CPU 14. The demodulation circuit 10 can simultaneously perform demodulation processing from 8 channels to a maximum of 16 channels, and can simultaneously demodulate GPS signals transmitted from a plurality of GPS satellites.

次に、復調回路10にて復調された伝送データは演算処理部11に送られ、各GPS衛星から送られたGPS信号の伝播時間が計算されるとともに、各GPS衛星の位置および各GPS衛星とGPS受信機との間の距離を計算するために必要な補正値(対流圏補正値、電離層補正値、GPSタイム補正値)に関する情報を得る。そして、演算処理部11は、これら得られた情報に基づいてGPS受信機(移動端末)の現在位置とGPS受信機のGPSタイムの補正時間とを求めることができる。   Next, the transmission data demodulated by the demodulation circuit 10 is sent to the arithmetic processing unit 11, the propagation time of the GPS signal sent from each GPS satellite is calculated, and the position of each GPS satellite and each GPS satellite Information on correction values (troposphere correction value, ionosphere correction value, GPS time correction value) necessary for calculating the distance to the GPS receiver is obtained. Then, the arithmetic processing unit 11 can obtain the current position of the GPS receiver (mobile terminal) and the correction time of the GPS time of the GPS receiver based on the obtained information.

この場合、GPS受信機の位置には、(x、y、z)の3つの未知数があるため、GPS受信機のGPSタイムの補正時間tと合わせて4つの未知数を求める必要がある。このため、GPS受信機の測位計算を行うためには、通常は4個以上のGPS衛星から送られたGPS信号が必要となる。なお、測位計算に用いられるGPS衛星が4個の場合、各GPS衛星とGPS受信機との間の補正された距離データと、各GPS衛星の位置データに基づいて、4個の連立方程式が作成される。そして、これら4個の連立方程式を解くことにより、GPS受信機の現在位置とGPS受信機のGPSタイムの補正時間(GPS時に対するオフセット値)とを求めることができる。   In this case, since there are three unknowns (x, y, z) at the position of the GPS receiver, it is necessary to obtain four unknowns together with the correction time t of the GPS time of the GPS receiver. For this reason, GPS signals transmitted from four or more GPS satellites are usually required in order to perform positioning calculation of the GPS receiver. When there are four GPS satellites used for positioning calculation, four simultaneous equations are created based on the corrected distance data between each GPS satellite and the GPS receiver and the position data of each GPS satellite. Is done. Then, by solving these four simultaneous equations, the current position of the GPS receiver and the GPS time correction time of the GPS receiver (offset value with respect to GPS time) can be obtained.

また、地球中心を1個の衛星と見立てることで、擬似距離を表す現在地の座標を変数とする1個の関数を追加することができ、合計で5個の連立方程式を作成することができる。そして、これら5個の連立方程式を解くことにより、GPS受信機の現在位置とGPS受信機のGPSタイムの補正時間とを求めることができ、測位精度を向上させることができる。また、地球中心を1個の衛星と見立てることで、GPS衛星が3個しか捕捉できない場合においても、GPS受信機の測位を行うことができ、測位時間を短縮することが可能となる。   In addition, assuming that the center of the earth is a single satellite, it is possible to add one function with the coordinates of the current location representing the pseudorange as a variable, and a total of five simultaneous equations can be created. Then, by solving these five simultaneous equations, the current position of the GPS receiver and the correction time of the GPS time of the GPS receiver can be obtained, and the positioning accuracy can be improved. Further, by assuming that the center of the earth is one satellite, positioning of the GPS receiver can be performed even when only three GPS satellites can be captured, and the positioning time can be shortened.

一方、CPU14は、測位計算を行う場合、基地局106a〜106cと通信を確立することによりGPSサーバ102にアクセスし、移動端末107a、107bと接続が確立した基地局106a〜106cの位置を特定するための情報が付加された送信データをベースバンド信号処理部23に送る。そして、ベースバンド信号処理部23は、CPU14から送信データを受け取ると、送信データのベースバンド信号処理を行った後、無線部22に送る。そして、ベースバンド信号処理部23から出力された送信データの変調処理が無線部22にて行われ、通信アンテナ21を介して外部に送出される。そして、通信アンテナ21を介して外部に送出された送信データは、基地局106a〜106cにて受信され、通信ネットワーク105を介してGPSサーバ102に送信される。そして、GPSサーバ102は、基地局106a〜106cの位置を特定するための情報を移動端末107a、107bから受信すると、基地局106a〜106cの位置を与えられた座標値(Lat_b,Lon_b)として高度テーブル103aを検索することにより、現在の移動端末107a、107bの位置に対応した基地局エリアの高度テーブル12aを取得し、通信ネットワーク105を介して基地局106a〜106cに送出する。そして、基地局106a〜106cが高度テーブル12aを受信すると、その高度テーブル12aは移動端末107a、107bに送信される。   On the other hand, when performing positioning calculation, the CPU 14 accesses the GPS server 102 by establishing communication with the base stations 106a to 106c, and specifies the positions of the base stations 106a to 106c that have established connections with the mobile terminals 107a and 107b. The transmission data to which the information is added is sent to the baseband signal processing unit 23. When the baseband signal processing unit 23 receives the transmission data from the CPU 14, the baseband signal processing unit 23 performs baseband signal processing on the transmission data and then sends the transmission data to the radio unit 22. Then, modulation processing of transmission data output from the baseband signal processing unit 23 is performed by the radio unit 22 and transmitted to the outside via the communication antenna 21. The transmission data sent to the outside via the communication antenna 21 is received by the base stations 106 a to 106 c and transmitted to the GPS server 102 via the communication network 105. When the GPS server 102 receives the information for specifying the positions of the base stations 106a to 106c from the mobile terminals 107a and 107b, the GPS server 102 uses the positions of the base stations 106a to 106c as the given coordinate values (Lat_b, Lon_b). By searching the table 103a, the altitude table 12a of the base station area corresponding to the current positions of the mobile terminals 107a and 107b is acquired and transmitted to the base stations 106a to 106c via the communication network 105. When the base stations 106a to 106c receive the altitude table 12a, the altitude table 12a is transmitted to the mobile terminals 107a and 107b.

そして、移動端末107a、107bの位置に対応した高度テーブル12aが基地局106a〜106cから送信されると、その高度テーブル12aが通信アンテナ21にて受信される。そして、通信アンテナ21を介して受信された高度テーブル12aが無線部22に送られ、無線部22にて復調処理が行われる。そして、無線部22から出力された高度テーブル12aがベースバンド信号処理部23に送られ、ベースバンド信号処理部23にてベースバンド信号処理が行われた後、CPU14に出力される。そして、CPU14は高度テーブル12aを受け取ると、その高度テーブル12aをメモリ12に記憶させることができる。   When the altitude table 12a corresponding to the positions of the mobile terminals 107a and 107b is transmitted from the base stations 106a to 106c, the altitude table 12a is received by the communication antenna 21. The altitude table 12 a received via the communication antenna 21 is sent to the radio unit 22, and demodulation processing is performed by the radio unit 22. Then, the altitude table 12a output from the radio unit 22 is sent to the baseband signal processing unit 23, and after baseband signal processing is performed by the baseband signal processing unit 23, it is output to the CPU 14. When the CPU 14 receives the altitude table 12a, the altitude table 12a can be stored in the memory 12.

そして、高度テーブル12aがメモリ12に記憶されると、高度テーブル12aを用いることにより、地球中心を1個の衛星と見立てた時の擬似距離を表す現在地の座標を変数とする関数を構築することができる。そして、地球中心を1個の衛星と見立てた時の関数を構築すると、捕捉した衛星について構築した関数を加えた連立方程式の解として移動端末107a、107bの現在位置を算出することができる。そして、CPU14は、演算処理部11にて移動端末107a、107bの現在位置が算出されると、その測位結果12bをメモリ12に記憶することができる。   Then, when the altitude table 12a is stored in the memory 12, the altitude table 12a is used to construct a function with the coordinates of the current location representing the pseudorange when the center of the earth is regarded as one satellite as variables. Can do. When a function when the center of the earth is regarded as one satellite is constructed, the current position of the mobile terminals 107a and 107b can be calculated as a solution of simultaneous equations including the function constructed for the captured satellite. And CPU14 can memorize | store the positioning result 12b in the memory 12, if the arithmetic processing part 11 calculates the present position of the mobile terminals 107a and 107b.

これにより、移動端末107a、107bが現在存在するエリアの高度情報を必要な時だけGPSサーバ102から取得することが可能となり、全国あるいは全世界の高度情報を移動端末107a、107bに持たせることなく、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行うことが可能となる。このため、測位に必要な数の衛星が捕捉できない場合においても、移動端末107a、107bの記憶容量の増大を抑制しつつ、測位計算を行うことが可能となるとともに、捕捉された衛星の配置が悪い場合においても、測位計算の精度を向上させることができる。   This makes it possible to obtain altitude information of the area where the mobile terminals 107a and 107b currently exist from the GPS server 102 only when necessary, without having the mobile terminals 107a and 107b have altitude information for the whole country or the whole world. It is possible to perform positioning calculation by regarding the earth center as a satellite. For this reason, even when the number of satellites necessary for positioning cannot be acquired, positioning calculation can be performed while suppressing an increase in storage capacity of the mobile terminals 107a and 107b, and the arrangement of the acquired satellites can be determined. Even in a bad case, the accuracy of positioning calculation can be improved.

なお、今回の測位結果12bがメモリ12に記憶されている場合、次回の測位を行う時に、次回の測位計算の高度情報12aとして今回の測位結果12bを用いるようにしてもよい。これにより、移動端末107a、107bはGPSサーバ102アクセスすることなく、地球中心を衛星と見立てて次回の測位計算を行うことが可能となるとともに、高度情報12aの精度の劣化を抑制することが可能となる。このため、測位に必要な数の衛星が捕捉できない場合においても、測位精度の劣化を抑制しつつ、測位計算を短時間で行うことが可能となる。   When the current positioning result 12b is stored in the memory 12, the current positioning result 12b may be used as the altitude information 12a for the next positioning calculation when performing the next positioning. As a result, the mobile terminals 107a and 107b can perform the next positioning calculation assuming that the center of the earth is a satellite without accessing the GPS server 102, and can suppress deterioration in accuracy of the altitude information 12a. It becomes. For this reason, even when the number of satellites necessary for positioning cannot be acquired, positioning calculation can be performed in a short time while suppressing deterioration of positioning accuracy.

図4は、本発明の一実施形態に係るGPSの測位方法を説明する図である。
図4において、任意の時刻における各GPS衛星SV1〜SV4の位置は、衛星SV1〜SV4が絶えず地球に送信する航法メッセージから正確に求めることができる。
各GPS衛星SV1〜SV4から送信されるナビゲーション信号には、アルマナックおよびエフェメリスを含む天体暦データの他に、その信号の精密な送信時刻が含まれている。移動端末107aから各GPS衛星SV1〜SV4までの距離は、各ナビゲーション信号内に含まれるこの送信時刻から決定することができる。すなわち、ナビゲーション信号の送信時刻と、移動端末107aがナビゲーション信号を受信した受信時刻を用いることにより、ナビゲーション信号の伝播遅延時間を計算することができる。そして、ナビゲーション信号の伝播遅延時間にナビゲーション信号の伝播速度を乗じることにより、ナビゲーション信号を送信中のGPS衛星SV1〜SV4から移動端末107aまでの擬似距離を求めることができる。
FIG. 4 is a diagram for explaining a GPS positioning method according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 4, the position of each of the GPS satellites SV1 to SV4 at an arbitrary time can be accurately obtained from the navigation message that the satellites SV1 to SV4 continuously transmit to the earth.
The navigation signal transmitted from each of the GPS satellites SV1 to SV4 includes the precise transmission time of the signal in addition to the ephemeris data including the almanac and ephemeris. The distance from the mobile terminal 107a to each of the GPS satellites SV1 to SV4 can be determined from this transmission time included in each navigation signal. That is, by using the transmission time of the navigation signal and the reception time when the mobile terminal 107a receives the navigation signal, the propagation delay time of the navigation signal can be calculated. Then, by multiplying the propagation delay time of the navigation signal by the propagation speed of the navigation signal, the pseudo distance from the GPS satellites SV1 to SV4 that are transmitting the navigation signal to the mobile terminal 107a can be obtained.

ここで、移動端末107aの時計はGPS時に完全に同期されていないため、ナビゲーション信号の伝播遅延時間には一定のオフセット時間が含まれている。また、ナビゲーション信号が大気圏を通ることにより、信号伝播時間が遅延する。このため、擬似距離には、GPS衛星SV1〜SV4から移動端末107aまでの真の距離に、移動端末107aのオフセット時間、ナビゲーション信号伝播遅延時間および各GPS衛星SV1〜SV4に搭載された時計のGPS時からの誤差が含まれている。   Here, since the clock of the mobile terminal 107a is not completely synchronized with the GPS, the propagation delay time of the navigation signal includes a certain offset time. Further, the signal propagation time is delayed due to the navigation signal passing through the atmosphere. Therefore, the pseudo distance includes the true distance from the GPS satellites SV1 to SV4 to the mobile terminal 107a, the offset time of the mobile terminal 107a, the navigation signal propagation delay time, and the GPS of the clock mounted on each GPS satellite SV1 to SV4. The error from the time is included.

ここで、ナビゲーション信号をデコードすると、対流圏補正値、電離層補正値、GPSタイム補正値が得られる。残りの移動端末107aの時計誤差tu及び地球の中心に対する移動端末107aの3次元的な位置(x、y、z)をあわせて、4個の未知数があるため、移動端末107aの3次元的な位置を求めるためには、少なくとも4個のGPS衛星SV1〜SV4を捕捉する必要がある。そして、これら少なくとも4個のGPS衛星SV1〜SV4からの2つの情報(GPS衛星SV1〜SV4の位置情報と擬似距離)を用いることにより、移動端末107aの位置を三角測量法にて決定することができる。   Here, when the navigation signal is decoded, a troposphere correction value, an ionosphere correction value, and a GPS time correction value are obtained. Since there are four unknowns combining the clock error tu of the remaining mobile terminal 107a and the three-dimensional position (x, y, z) of the mobile terminal 107a with respect to the center of the earth, the three-dimensional of the mobile terminal 107a In order to obtain the position, it is necessary to acquire at least four GPS satellites SV1 to SV4. Then, by using two pieces of information from the at least four GPS satellites SV1 to SV4 (position information and pseudo distance of the GPS satellites SV1 to SV4), the position of the mobile terminal 107a can be determined by triangulation. it can.

この三角測量法を用いて移動端末107aの現在の位置を決定するには、以下の3つのステップが必要である。第1に、地球の周囲を周回している24個のGPS衛星SV1〜SV4の中から、移動端末107aの視野内の少なくとも4個のGPS衛星SV1〜SV4の位置を決定する。第2に、移動端末107aから各GPS衛星SV1〜SV4までの距離を決定する。第3に、第1および第2のステップで得られた情報から、地球の中心に対する移動端末107aの位置を幾何学的に決定する。   In order to determine the current position of the mobile terminal 107a using this triangulation method, the following three steps are required. First, the position of at least four GPS satellites SV1 to SV4 within the field of view of the mobile terminal 107a is determined from 24 GPS satellites SV1 to SV4 orbiting around the earth. Second, the distance from the mobile terminal 107a to each of the GPS satellites SV1 to SV4 is determined. Thirdly, the position of the mobile terminal 107a with respect to the center of the earth is geometrically determined from the information obtained in the first and second steps.

移動端末107aの位置の推定精度は、選択するGPS衛星SV1〜SV4の数および天空でのGPS衛星SV1〜SV4の幾何学的な配置によって左右される。このため、より多くのGPS衛星SV1〜SV4を移動端末107aの位置計算に使用することで、地球の中心に対する移動端末107aの位置の推定精度を高めることができる。ここで、GPS衛星SVjと移動端末との擬似距離measPRjは、以下の(1)式で表すことができる。   The estimation accuracy of the position of the mobile terminal 107a depends on the number of selected GPS satellites SV1 to SV4 and the geometrical arrangement of the GPS satellites SV1 to SV4 in the sky. For this reason, the estimation accuracy of the position of the mobile terminal 107a with respect to the center of the earth can be improved by using more GPS satellites SV1 to SV4 for the position calculation of the mobile terminal 107a. Here, the pseudo distance measPRj between the GPS satellite SVj and the mobile terminal can be expressed by the following equation (1).

・・・(1) ... (1)

ただし、
:衛星SVjの座標
(x,y,z):移動端末107aの座標
:移動端末107aの時計バイアス
である。
However,
: Coordinates (x, y, z) of satellite SVj: coordinates of mobile terminal 107a
: Clock bias of the mobile terminal 107a.

そして、
と仮定し、非線形方程式(1)をテーラー展開によって
で近似すると、以下の(2)式が得られる。
And
And the nonlinear equation (1) by Taylor expansion
The following equation (2) is obtained.

・・・(2) ... (2)

従って、(2)式を変形すると、以下の(3)式が得られる。   Therefore, when the formula (2) is modified, the following formula (3) is obtained.

・・・(3)
ここで、擬似距離とユークリッド距離との差分を、
... (3)
Here, the difference between the pseudorange and the Euclidean distance is

とし、



と仮定すると、
age,
,
,
,
Assuming


・・・(4)

... (4)

となる。従って、(4)式を変形すると、以下の(5)式が得られる。 It becomes. Therefore, when the equation (4) is modified, the following equation (5) is obtained.


・・・(5)

... (5)

受信している各衛星SVjについて(5)式が成り立つので、(5)式は以下の(6)式のような行列で表すことができる。   Since equation (5) is established for each satellite SVj being received, equation (5) can be represented by a matrix such as the following equation (6).

・・・(6) ... (6)

一方、地球中心を1個の衛星と見立てて測位を行うものとすると、以下の(7)式を得ることができる。   On the other hand, if positioning is performed assuming that the center of the earth is one satellite, the following equation (7) can be obtained.

・・・(7) ... (7)

ただし、Aは地球楕円体(GPSの場合はWGS−84)の長半径(=6378137.0m)、Bは地球楕円体の短半径(=6356752.314m)である。そして、(7)式にABを掛けると、以下の(8)式を得ることができる。   However, A is the long radius (= 6378137.0 m) of the earth ellipsoid (WGS-84 in the case of GPS), and B is the short radius (= 6357562.314 m) of the earth ellipsoid. Then, by multiplying the expression (7) by AB, the following expression (8) can be obtained.

・・・(8) ... (8)

ここで、(8)式をテーラー展開し、   Here, the equation (8) is expanded to the tailor,

をGPS受信機の高度値とすると、以下の(9)式を得ることができる。 Is the altitude value of the GPS receiver, the following equation (9) can be obtained.

・・・(9) ... (9)

ただし、
である。
However,
It is.

そして、地球中心を一個の衛星と見立てて求めた(9)式の関数を(6)式のn個の関数に加えた合計(n+1)個の関数に対して収束計算を行うことにより、(n+1)元連立方程式の解として移動端末107aの位置と時計バイアスを近似的に算出することができる。 Then, convergence calculation is performed on a total of (n + 1) functions obtained by adding the function of equation (9) obtained by assuming the earth center as one satellite to the n functions of equation (6). n + 1) The position of the mobile terminal 107a and the clock bias can be approximately calculated as a solution of the original simultaneous equations.

図5は、本発明の一実施形態に係る高度誤差と位置誤差の関係を示す図である。なお、P1は、地球中心を測位に利用した場合の高度誤差と位置誤差との関係を示し、P2は、地球中心を測位に利用しない場合の高度誤差と位置誤差との関係を示す。
図5において、地球中心を測位に利用しない場合には、移動端末107aの位置の誤差は144.10mとなっている。これに対し、地球中心を測位に利用する場合には、移動端末107aの高度値が正しければ、移動端末107aの位置の誤差はわずか7.87mになる。ただし、移動端末107aの高度値が正しくないと、高度値の誤差に比例して測位結果の誤差も増加する。このため、高度情報の精度が測位精度に影響を与え、正しい高度値を利用すればするほど、測位精度を向上させることができる。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between altitude error and position error according to an embodiment of the present invention. P1 indicates the relationship between the altitude error and the position error when the earth center is used for positioning, and P2 indicates the relationship between the altitude error and the position error when the earth center is not used for positioning.
In FIG. 5, when the earth center is not used for positioning, the position error of the mobile terminal 107a is 144.10 m. On the other hand, when the center of the earth is used for positioning, if the altitude value of the mobile terminal 107a is correct, the position error of the mobile terminal 107a is only 7.87 m. However, if the altitude value of the mobile terminal 107a is not correct, the positioning result error also increases in proportion to the altitude value error. For this reason, the accuracy of altitude information affects the positioning accuracy, and as the correct altitude value is used, the positioning accuracy can be improved.

図6は、本発明の一実施形態に係るサーバアシストを用いた測位方法を示すフローチャートである。
図6において、図1の測位手段108a、108bは、移動端末107a、107bの測位を行う場合、測位に必要な衛星を捕捉できたか、あるいは捕捉した衛星の配置が良いかどうかを判断する(ステップS1)。そして、測位に必要な数だけ衛星が捕捉でき、かつ捕捉した衛星の配置が良い場合、それらの衛星についての(6)式の方程式を解くことにより、測位計算を行う(ステップS5)。
FIG. 6 is a flowchart showing a positioning method using server assistance according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 6, when the positioning means 108a and 108b in FIG. 1 perform positioning of the mobile terminals 107a and 107b, the positioning means 108a and 108b determine whether the satellites necessary for positioning have been captured or whether the captured satellites are well positioned (step). S1). If the satellites can be acquired as many as necessary for positioning and the arrangement of the acquired satellites is good, the positioning calculation is performed by solving the equation (6) for the satellites (step S5).

一方、測位に必要な数だけ衛星が捕捉できないか、または捕捉した衛星の配置が悪い場合、測位手段108a、108bは、高度テーブル12aがメモリ12に記憶されているかどうかを判断する(ステップS2)。そして、高度テーブル12aがメモリ12に記憶されていない場合、移動端末107a、107bの所在エリアの高度テーブル12aをGPSサーバ102から取得する(ステップS6)。そして、高度テーブル12aから移動端末107a、107bの高度値を求め、地球中心を一個のGPS衛星と見立てることにより、(9)式の関数を構築する(ステップS7)。そして、(9)式を(6)式に追加することにより、測位計算を行う(ステップS5)。   On the other hand, if the number of satellites necessary for positioning cannot be acquired or the positions of the acquired satellites are poor, the positioning means 108a and 108b determine whether the altitude table 12a is stored in the memory 12 (step S2). . And when the altitude table 12a is not memorize | stored in the memory 12, the altitude table 12a of the location area of the mobile terminals 107a and 107b is acquired from the GPS server 102 (step S6). Then, the altitude values of the mobile terminals 107a and 107b are obtained from the altitude table 12a, and the function of the formula (9) is constructed by regarding the earth center as one GPS satellite (step S7). And positioning calculation is performed by adding (9) Formula to (6) Formula (step S5).

一方、高度テーブル12aがメモリ12に記憶されている場合、移動端末107a、107bは、別の基地局106a〜106cのエリアに入ったかどうか判断する(ステップS3)。そして、移動端末107a、107bが別の基地局106a〜106cのエリアに入った場合、高度テーブル12aをGPSサーバ102から取得し(ステップS6)、地球中心を一個のGPS衛星と見立てることにより測位計算を行う(ステップS7、S5)。   On the other hand, when the altitude table 12a is stored in the memory 12, the mobile terminals 107a and 107b determine whether they have entered the areas of other base stations 106a to 106c (step S3). When the mobile terminals 107a and 107b enter the area of another base station 106a to 106c, the altitude table 12a is acquired from the GPS server 102 (step S6), and the positioning calculation is performed by assuming the center of the earth as one GPS satellite. (Steps S7 and S5).

一方、移動端末107a、107bが別の基地局106a〜106cのエリアに入っていない場合、メモリ12に既に記憶されている高度テーブル12aから移動端末107a、107bの高度値を求め、地球中心を一個のGPS衛星と見立てることにより、(9)式の関数を構築する(ステップS4)。そして、(9)式を(6)式に追加することにより、測位計算を行う(ステップS5)。   On the other hand, when the mobile terminals 107a and 107b are not in the area of another base station 106a to 106c, the altitude value of the mobile terminals 107a and 107b is obtained from the altitude table 12a already stored in the memory 12, and one earth center is obtained. As a GPS satellite, a function of equation (9) is constructed (step S4). And positioning calculation is performed by adding (9) Formula to (6) Formula (step S5).

図7は、本発明の一実施形態に係る高度情報の取得方法を示すフローチャートであり図7の左側に示すステップS11〜S16は移動端末107a、107bによる動作フローであり、右側に示すステップS21〜S24はGPSサーバ102による動作フローである。
図7において、高精度測位において高度テーブルがないあるいは移動端末107a、107bが別の基地局106a〜106cのエリアに入った時、移動端末107a、107bは正確な高度情報が必要と判断して(ステップS11)、専用プロトコルを用いてGPSサーバ102との間で接続を確立する(ステップS12)。そして、移動端末107a、107bは、GPSサーバ102との間で接続を確立すると、高度テーブル12aを要求する送信パケットをGPSサーバ102に送出する(ステップS13)。
FIG. 7 is a flowchart showing a method for acquiring altitude information according to an embodiment of the present invention. Steps S11 to S16 shown on the left side of FIG. 7 are operation flows by the mobile terminals 107a and 107b, and steps S21 to S21 shown on the right side. S24 is an operation flow by the GPS server 102.
In FIG. 7, when there is no altitude table in high-precision positioning or when the mobile terminals 107a and 107b enter the areas of different base stations 106a to 106c, the mobile terminals 107a and 107b determine that accurate altitude information is required ( In step S11), a connection is established with the GPS server 102 using a dedicated protocol (step S12). Then, when establishing a connection with the GPS server 102, the mobile terminals 107a and 107b send a transmission packet requesting the altitude table 12a to the GPS server 102 (step S13).

そして、GPSサーバ102は、高度テーブル12aを要求する送信パケットを移動端末107a、107bから受信すると(ステップS21)、受信パケットから基地局番号を検出する(ステップS22)。そして、GPSサーバ102は、その基地局番号に基づいて高度テーブル103aを検索することにより、移動端末107a、107bと接続が確立した基地局106a〜106cが受け持つエリアの高度テーブル12aを取得する(ステップS23)。そして、GPSサーバ102は、その高度テーブル12aを送信パケットに組み込み、通信ネットワーク105を介して送信パケットを移動端末107a、107bに送出する(ステップS24)。   When the GPS server 102 receives a transmission packet for requesting the altitude table 12a from the mobile terminals 107a and 107b (step S21), the GPS server 102 detects the base station number from the received packet (step S22). Then, the GPS server 102 searches the altitude table 103a based on the base station number, thereby acquiring the altitude table 12a of the area that the base stations 106a to 106c established with the connection with the mobile terminals 107a and 107b have (step). S23). Then, the GPS server 102 incorporates the altitude table 12a into the transmission packet, and sends the transmission packet to the mobile terminals 107a and 107b via the communication network 105 (step S24).

そして、移動端末107a、107bは、GPSサーバ102から送られた返信パケットを受け取ると(ステップS14)、その返信パケットに含まれる高度テーブル12aを抽出して図3のメモリ12に保存する(ステップS15)。そして、メモリ12に記憶された高度テーブル12aから移動端末107a、107bの高度値を求め、地球中心を一個のGPS衛星と見立てることにより、(9)式の関数を構築する。そして、(9)式を(6)式に追加することにより、測位計算を行う(ステップS16)。   Upon receiving the reply packet sent from the GPS server 102 (step S14), the mobile terminals 107a and 107b extract the altitude table 12a included in the reply packet and store it in the memory 12 of FIG. 3 (step S15). ). Then, the altitude values of the mobile terminals 107a and 107b are obtained from the altitude table 12a stored in the memory 12, and the function of the formula (9) is constructed by regarding the earth center as one GPS satellite. And positioning calculation is performed by adding (9) Formula to (6) Formula (step S16).

図8は、本発明の一実施形態に係るサーバアシストを用いない測位方法を示すフローチャートである。
図8において、図1の測位手段108a、108bは、移動端末107a、107bの測位を行う場合、測位に必要な衛星を捕捉できたか、あるいは捕捉した衛星の配置が良いかどうかを判断する(ステップS31)。そして、測位に必要な数だけ衛星が捕捉でき、かつ捕捉した衛星の配置が良い場合、それらの衛星についての(6)式の方程式を解くことにより、測位計算を行う(ステップS33)。
FIG. 8 is a flowchart illustrating a positioning method that does not use server assistance according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 8, when the positioning means 108a and 108b in FIG. 1 perform positioning of the mobile terminals 107a and 107b, the positioning means 108a and 108b determine whether the satellites necessary for positioning have been captured or whether the captured satellites are well positioned (step). S31). If the satellites can be acquired as many as necessary for positioning and the arrangement of the acquired satellites is good, the positioning calculation is performed by solving the equation (6) for these satellites (step S33).

一方、測位に必要な数だけ衛星が捕捉できないか、または捕捉した衛星の配置が悪い場合、メモリ12に記憶されている前回の測位結果12bから移動端末107a、107bの高度値を求め、地球中心を一個のGPS衛星と見立てることにより、(9)式の関数を構築する(ステップS32)。そして、(9)式を(6)式に追加することにより、測位計算を行う(ステップS33)。   On the other hand, if the number of satellites necessary for positioning cannot be acquired or the positions of the acquired satellites are poor, the altitude values of the mobile terminals 107a and 107b are obtained from the previous positioning result 12b stored in the memory 12, and Is constructed as a single GPS satellite, thereby constructing a function of equation (9) (step S32). And positioning calculation is performed by adding (9) Formula to (6) Formula (step S33).

本発明の一実施形態に係る測位システムの概略構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a positioning system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る高度テーブルの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the altitude table which concerns on one Embodiment of this invention. 図1の移動端末の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of the mobile terminal of FIG. GPSの測位方法を説明する図。The figure explaining the positioning method of GPS. 高度誤差と位置誤差の関係を示す図。The figure which shows the relationship between an altitude error and a position error. サーバアシストを用いた測位方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the positioning method using server assistance. 高度情報の取得方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the acquisition method of altitude information. サーバアシストを用いない測位方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the positioning method which does not use a server assist.

符号の説明Explanation of symbols

101 処理センタ、102 GPSサーバ、103 データベース、103a 高度テーブル、104 処理端末、105 通信ネットワーク、106a〜106c 基地局、107a、107b 移動端末、108a、108b 測位手段、1 GPSアンテナ、2 ローノイズアンプ、3、6 バンドパスフィルタ、4、7 混合器、5 オートゲインコントロールアンプ、8 ローパスフィルタ、9 A/Dコンバータ、10 復調回路、11 演算処理部、12 メモリ、12a 高度情報、12b 測位結果、16 基準発信器、17 PLL回路、21 通信アンテナ、22 無線部、23 ベースバンド処理部、SV1〜SV4 GPS衛星   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Processing center, 102 GPS server, 103 Database, 103a Altitude table, 104 Processing terminal, 105 Communication network, 106a-106c Base station, 107a, 107b Mobile terminal, 108a, 108b Positioning means, 1 GPS antenna, 2 Low noise amplifier, 3 , 6 Band pass filter, 4, 7 mixer, 5 Auto gain control amplifier, 8 Low pass filter, 9 A / D converter, 10 Demodulator circuit, 11 Arithmetic processing unit, 12 Memory, 12a Altitude information, 12b Positioning result, 16 reference Transmitter, 17 PLL circuit, 21 communication antenna, 22 radio unit, 23 baseband processing unit, SV1 to SV4 GPS satellite

Claims (8)

衛星から電波を受信するとともに、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行う測位手段と、
通信ネットワークを介して前記測位計算に用いる高度情報を取得する通信手段とを備えることを特徴とする測位装置。
A positioning means that receives radio waves from a satellite and performs positioning calculation by regarding the earth center as a satellite,
A positioning device comprising: communication means for acquiring altitude information used for the positioning calculation via a communication network.
前記測位手段は、捕捉したn個の衛星からの受信電波より擬似距離をそれぞれ測定し、擬似距離を表す現在地の座標および時計誤差を変数とするn個の関数に対して、地球中心を1個の衛星とみたてた擬似距離を表す現在地の座標を変数とする1個の関数を追加し、これらの合計(n+1)個の関数について収束計算を行うことにより、(n+1)元連立方程式の解として現在地の座標および時計誤差を算出することを特徴とする請求項1記載の測位装置。   The positioning means measures a pseudo distance from each of received radio waves from n satellites that have been captured, and has one earth center for n functions that use the coordinates of the current location representing the pseudo distance and a clock error as variables. By adding one function with the coordinates of the current location representing the pseudorange as a satellite of the variable as a variable, and performing a convergence calculation on these (n + 1) functions, the solution of the (n + 1) simultaneous equations The positioning device according to claim 1, wherein coordinates of the current location and a clock error are calculated. 衛星から電波を受信するとともに、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行う移動端末と、
前記移動端末に搭載され、移動体通信網を介して基地局と通信を行う通信手段と、
前記測位計算に用いられる高度情報を前記移動体通信網信を介して前記移動端末に送信するサーバとを備えることを特徴とする測位システム。
A mobile terminal that receives radio waves from a satellite and performs positioning calculation by regarding the center of the earth as a satellite,
A communication means mounted on the mobile terminal for communicating with a base station via a mobile communication network;
A positioning system comprising: a server that transmits altitude information used for the positioning calculation to the mobile terminal via the mobile communication network.
前記サーバ側に設けられ、前記基地局が受け持つ通信エリアごとに高度情報が登録された高度テーブルをさらに備えることを特徴とする請求項3記載の測位システム。   4. The positioning system according to claim 3, further comprising an altitude table provided on the server side, in which altitude information is registered for each communication area handled by the base station. 前記通信手段は、互いに接続が確立している基地局を特定する情報を前記サーバに送信し、前記サーバは、前記基地局に対応した高度情報を前記移動端末に送信することを特徴とする請求項4記載の測位システム。   The communication means transmits information specifying base stations with which connection is established to the server, and the server transmits altitude information corresponding to the base station to the mobile terminal. Item 5. The positioning system according to item 4. 前記移動端末は、今回の測位計算の高度情報として前回の測位結果を用いることを特徴とする請求項3から5のいずれか1項記載の測位システム。   The positioning system according to any one of claims 3 to 5, wherein the mobile terminal uses a previous positioning result as altitude information of the current positioning calculation. n個の衛星を捕捉するステップと、
地球中心を衛星と見立てて測位計算を行うための高度情報を通信ネットワークを介して取得するステップと、
前記捕捉したn個の衛星からの受信電波より擬似距離をそれぞれ測定するステップと、 前記擬似距離を表す現在地の座標および時計誤差を変数とするn個の関数を生成するステップと、
前記地球中心を1個の衛星とみたてた擬似距離を表す現在地の座標を変数とする1個の関数を生成するステップと、
前記生成された(n+1)個の関数について収束計算を行うことにより、(n+1)元連立方程式の解として現在地の座標および時計誤差を算出するステップとを備えることを特徴とする測位方法。
acquiring n satellites;
Obtaining altitude information via a communication network for positioning calculation with the earth center as a satellite;
Measuring a pseudo distance from each of received radio waves from n captured satellites; generating n functions having variables of current position coordinates representing the pseudo distance and a clock error;
Generating a function having the coordinates of a current location representing a pseudorange as a single satellite with the center of the earth as a variable;
A step of calculating a coordinate of a current location and a clock error as a solution of an (n + 1) -ary simultaneous equation by performing a convergence calculation on the generated (n + 1) functions.
衛星から電波を受信させるとともに、地球中心を衛星と見立てて測位計算を行うステップと、
通信ネットワークを介して前記測位計算に用いる高度情報を取得するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする測位プログラム。
Receiving radio waves from the satellite, performing positioning calculation with the earth center as a satellite,
A positioning program for causing a computer to execute the step of acquiring altitude information used for the positioning calculation via a communication network.
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