JP2007248271A - Positioning device and positioning method - Google Patents
Positioning device and positioning method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007248271A JP2007248271A JP2006072299A JP2006072299A JP2007248271A JP 2007248271 A JP2007248271 A JP 2007248271A JP 2006072299 A JP2006072299 A JP 2006072299A JP 2006072299 A JP2006072299 A JP 2006072299A JP 2007248271 A JP2007248271 A JP 2007248271A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- positioning
- satellite
- measurement error
- absolute
- observation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Navigation (AREA)
- Traffic Control Systems (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
本発明は、GPS衛星等からの電波を利用して測位を行う電波航法により得られる測定値と、自律航法により得られる測定値とに基づいて、測位を行うようにした測位装置及び測位方法に関する。 The present invention relates to a positioning device and a positioning method that perform positioning based on a measurement value obtained by radio navigation that performs positioning using radio waves from a GPS satellite and the like, and a measurement value obtained by autonomous navigation. .
近年、車載型端末装置や、携帯型端末装置等、さまざまな分野で、車両や歩行者の現在位置情報の提供が求められている。この現在位置の測位手法として、GPS(グローバルポジショニングシステム)等による電波航法、角速度センサ等の方位センサや、加速度センサ、車速センサ等の速度センサを用いた自律航法、等の手法が提案されている。
GPS衛星を用いた電波航法には、長時間安定性がある一方、測位環境への依存性がある。つまり、高層ビルが立ち並ぶ都市部や、山間部では、GPS衛星からの電波が、建物等に遮断されると、測定に十分な数の衛星を捕捉することができず、測位できなくなる可能性がある。また、建物等に反射されたマルチパスの影響を受けると、測位精度の低下につながる可能性がある。
In recent years, provision of current position information of vehicles and pedestrians has been required in various fields such as in-vehicle terminal devices and portable terminal devices. As a positioning method of the current position, a radio navigation using GPS (Global Positioning System), an orientation sensor such as an angular velocity sensor, an autonomous navigation using a speed sensor such as an acceleration sensor, a vehicle speed sensor, and the like have been proposed. .
Radio navigation using GPS satellites has long-term stability, but has dependency on the positioning environment. In other words, in urban areas and mountainous areas where high-rise buildings are lined up, if radio waves from GPS satellites are blocked by buildings, etc., it may not be possible to acquire a sufficient number of satellites for measurement, and positioning may not be possible. is there. In addition, if it is affected by a multipath reflected from a building or the like, it may lead to a decrease in positioning accuracy.
このようなGPS衛星の欠点を補う次世代衛星システムとして、準天頂衛星(QZSS)が注目を集めている。すなわち、このQZSS衛星を、常に日本の天頂付近に配置し、このQZSS衛星を利用してGPS衛星の補間や補強を行うことで、測位サービスの改善が期待されている。
一方、自律航法では、各種センサで計測される角速度や、加速度を積分することで、絶対位置や絶対方位を推測している。このため、短時間での推測精度は良いが、計測値の誤差の影響により、この計測値を積分して得られる推測位置の誤差は、時間と共に増加する。
Quasi-zenith satellite (QZSS) is attracting attention as a next-generation satellite system that compensates for the shortcomings of such GPS satellites. That is, the QZSS satellite is always placed near the zenith in Japan, and the GPS service is interpolated and augmented by using the QZSS satellite.
On the other hand, in autonomous navigation, an absolute position and an absolute direction are estimated by integrating angular velocities and accelerations measured by various sensors. For this reason, although the estimation accuracy in a short time is good, the error of the estimated position obtained by integrating this measurement value increases with time due to the influence of the error of the measurement value.
このような電波航法及び自律航法によるそれぞれの欠点を補う為に、複数種類の航法手段を組み合わせて、速度や位置の検出精度を高めるようにしたハイブリッド航法が提案されている。
このハイブリッド航法においては、例えば、カルマンフィルタを用い、電波航法による計測値を利用して、自律航法による計測値の測定誤差を推定し、これを用いて自律航法による計測値の補正を行っている。この測定誤差の推定方法として、例えば、Loosely Coupled Modeと、Tightly Coupled Modeとがある。
In order to compensate for the respective drawbacks of radio navigation and autonomous navigation, hybrid navigation has been proposed in which a plurality of types of navigation means are combined to increase the accuracy of speed and position detection.
In this hybrid navigation, for example, a Kalman filter is used to estimate a measurement error of a measurement value by autonomous navigation using a measurement value by radio wave navigation, and the measurement value by autonomous navigation is corrected using this. As an estimation method of this measurement error, for example, there are Loosely Coupled Mode and Tightly Coupled Mode.
前記Loosely Coupled Modeは、電波航法では、4個以上のGPS衛星を捕捉することができれば、測位演算を行うことで移動体の絶対位置を特定することができることから、この電波航法による絶対測位情報(絶対位置、絶対速度)を利用して、カルマンフィルタにより、自律航法で用いる各種自律センサの測定誤差を推定し、推定した自律センサの誤差を用いて、自律センサによる測定値を補正する。 In the Loosely Coupled Mode, in radio navigation, if four or more GPS satellites can be captured, the absolute position of the moving body can be specified by performing positioning calculation. Therefore, the absolute positioning information ( The measurement error of various autonomous sensors used in autonomous navigation is estimated by the Kalman filter using the absolute position and the absolute velocity), and the measurement value by the autonomous sensor is corrected using the estimated error of the autonomous sensor.
一方、Tightly Coupled Modeは、電波航法により得られる絶対測位情報(絶対位置、絶対速度)の代わりに、GPS衛星までの擬似距離(レンジ)やドップラ周波数を観測値として利用して、自律センサの測定誤差の推定を行うものである。
また、例えば、特許文献1には、常に4個のGPS衛星を捕捉することができなくても、少なくとも、1個のGPS衛星を捕捉することができれば、捕捉したGPS衛星までの擬似距離(レンジ)や、その変化率(レンジレート)を用いて、航法装置に搭載された自律センサの測定誤差を推定するようにした、航法装置が提案されている。
Further, for example, in Patent Document 1, even if four GPS satellites cannot always be captured, if at least one GPS satellite can be captured, the pseudo distance (range) to the captured GPS satellite is not limited. ) And the rate of change (range rate), and a navigation device that estimates the measurement error of an autonomous sensor mounted on the navigation device has been proposed.
ところで、上記Loosely Coupled Modeにおいては、その観測モデルは簡単なため、フィルタのサイズは小さく、実現しやすく、また、受信機の機種への依存性がなく移植性もよい。その反面、GPS衛星を4個以上捕捉することができない場合には、絶対測位情報(絶対位置、絶対速度)を得ることができない。カルマンフィルタでは、測定誤差の前回の推定値から測定誤差の予測を行う予測モードと、この予測モードで予測した測定誤差と、電波航法により算出した絶対測位情報(絶対位置、絶対速度)とを用いて測定誤差を推定する推定モードとを繰り返し行うことで、測定誤差を推定しているため、前述のように、絶対測位情報(絶対位置、絶対速度)を得ることができない場合には、予測モードのみで測定誤差の推定を行うことになる。 By the way, in the Loosely Coupled Mode, since the observation model is simple, the size of the filter is small and easy to implement, and there is no dependency on the model of the receiver and portability is good. On the other hand, if four or more GPS satellites cannot be captured, absolute positioning information (absolute position, absolute velocity) cannot be obtained. The Kalman filter uses a prediction mode that predicts a measurement error from the previous estimated value of the measurement error, a measurement error predicted in this prediction mode, and absolute positioning information (absolute position and velocity) calculated by radio navigation. Since the measurement error is estimated by repeatedly performing the estimation mode for estimating the measurement error, as described above, if absolute positioning information (absolute position, absolute velocity) cannot be obtained, only the prediction mode is used. Thus, the measurement error is estimated.
したがって、測定誤差の推定精度は、主にシステムモデルの精度や、システムノイズ、また、電波航法による測位ができなくなる直前の測定誤差の推定精度に左右されることになり、時間と共に低下し、特に、高層ビルが立ち並ぶ都市部や、山間部では、衛星からの電波は建物等により遮断されたり、反射されたりすることがよくあるための、測位精度の向上が課題となっている。 Therefore, the estimation accuracy of the measurement error depends mainly on the accuracy of the system model, the system noise, and the estimation accuracy of the measurement error immediately before positioning by radio navigation becomes impossible. In urban areas and mountainous areas where high-rise buildings are lined up, radio waves from satellites are often blocked or reflected by buildings or the like, so that improvement in positioning accuracy is a problem.
また、Tightly Coupled Modeにおいては、擬似距離(レンジ)やドップラ周波数は、少なくとも1個のGPS衛星を捕捉することができれば得ることができる。したがって、常に4個以上のGPS衛星を捕捉することができない場合であっても、自律航法で用いる自律センサの測定誤差の推定を行うことができる。その反面、観測モデルが複雑になるため、フィルタのサイズが大きくなり、計算負荷も重くなる。また、絶対測位情報(絶対位置、絶対速度)ではなく、GPS衛星までの擬似距離(レンジ)や、ドップラ周波数を利用するため、GPS受信機の機種へ依存するという問題がある。 In Tightly Coupled Mode, the pseudorange (range) and Doppler frequency can be obtained if at least one GPS satellite can be captured. Therefore, even when four or more GPS satellites cannot always be captured, the measurement error of the autonomous sensor used in autonomous navigation can be estimated. On the other hand, since the observation model becomes complicated, the size of the filter increases and the calculation load increases. In addition, since the pseudo-range (range) to the GPS satellite and the Doppler frequency are used instead of the absolute positioning information (absolute position and absolute velocity), there is a problem that it depends on the model of the GPS receiver.
また、上述の特許文献1記載の発明のように、GPS衛星までの擬似距離(レンジ)やその変化率(レンジレート)を用いて測定誤差を推測する方法においては、電波航法によって絶対測位情報(絶対位置、絶対速度)を確保することができなくても、少なくとも1
個のGPS衛星を捕捉することができれば、その擬似距離(レンジ)やその変化率(レンジレート)を用いることで、自律センサの測定誤差を推定し、自律センサの測定値の補正を行うことができるため、常に高い精度で位置推定を行うことができる。
Further, as in the invention described in Patent Document 1 described above, in the method of estimating the measurement error using the pseudorange (range) to the GPS satellite and the rate of change (range rate), absolute positioning information ( (Absolute position, absolute speed)
If one GPS satellite can be captured, the measurement error of the autonomous sensor can be estimated and the measurement value of the autonomous sensor can be corrected by using the pseudorange (range) and the rate of change (range rate). Therefore, position estimation can always be performed with high accuracy.
その反面、GPS衛星を多数受信している場合には、測定誤差の推定に用いる擬似距離(レンジ)やその変化率(レンジレート)の数も増加することになり、カルマンゲインの演算に用いられる観測行列、つまり、H行列のサイズが、捕捉したGPS衛星の数に応じて増加することになる。このため、H行列のサイズが大きくなるほど、計算負荷も増加することになる。また、捕捉したGPS衛星までの擬似距離(レンジ)やその変化率(レンジレート)を利用して測定誤差を推定しているため、マルチパスの影響を受けている場合や受信パワーが低い衛星からの観測情報も利用して測定誤差の推定を行うことになり、場合によっては、測定誤差を的確に推定することができない可能性がある。 On the other hand, when a large number of GPS satellites are received, the number of pseudoranges (ranges) used to estimate the measurement error and the rate of change (range rate) also increase, which is used for the calculation of Kalman gain. The size of the observation matrix, that is, the H matrix will increase with the number of captured GPS satellites. For this reason, the calculation load increases as the size of the H matrix increases. In addition, since the measurement error is estimated using the pseudorange (range) to the captured GPS satellite and the rate of change (range rate), it can be affected by multipath or from a satellite with low reception power. The measurement error is also estimated using the observation information, and in some cases, the measurement error may not be estimated accurately.
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、電波航法により絶対測位情報(絶対位置、絶対速度)を得ることができない場合、或いは、電波航法による絶対測位の測位精度が低い環境下においても、自律航法における測定誤差を的確に推定し、この測定差を用いて自律航法による測位情報を補正することで、より高精度な測位結果を得ることの可能な測位装置及び測位方法を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made paying attention to the above-mentioned conventional unsolved problems, and when absolute positioning information (absolute position, absolute velocity) cannot be obtained by radio navigation, or absolute positioning by radio navigation. It is possible to obtain more accurate positioning results by accurately estimating the measurement error in autonomous navigation and correcting the positioning information by autonomous navigation using this measurement difference even in an environment with low positioning accuracy. It aims at providing a positioning device and a positioning method.
上記した課題を解決するために、本発明の測位装置は、複数の衛星からの衛星電波を用いて電波航法により測位を行い、受信機の絶対位置及び絶対速度を含む絶対測位情報を得る電波航法測位手段と、衛星電波の受信パワー及びその衛星の仰角に基づいて高信頼度衛星を選択する高信頼度衛星選択手段と、当該高信頼度衛星選択手段で選択された高信頼度衛星からの衛星電波を用いて前記受信機と前記高信頼度衛星との間の擬似距離及び前記高信頼度衛星のドップラ周波数を測定する相対関係観測手段と、自律航法により前記受信機の測位を行う自律航法測位手段と、前記電波航法測位手段で得た前記絶対測位情報及び前記相対関係観測手段で測定した相対関係観測値を用いて前記自律航法測位手段の測位情報の測定誤差を推定する測定誤差推定手段と、当該測定誤差推定手段で推定した測定誤差を用いて前記自律航法測位手段の測位情報を補正して前記受信機の測定位置を得る補正手段と、を備えた測位装置であって、前記測定誤差推定手段は、前記受信機の測位状況に基づいて前記絶対測位情報が高信頼度であるかどうかを判定する高信頼度判定手段と、当該高信頼度判定手段で前記絶対測位情報が高信頼度であると判定されるとき、前記絶対測位情報を用いて前記測定誤差を推定する第1の測定誤差推定手段と、前記高信頼度判定手段で前記絶対測位情報が高信頼度ではないと判定されるとき、前記相対関係観測値を用いて前記測定誤差を推定する第2の測定誤差推定手段と、を備えることを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, the positioning device of the present invention performs radio navigation using satellite radio waves from a plurality of satellites and obtains absolute positioning information including the absolute position and velocity of the receiver. Positioning means, high-reliability satellite selection means for selecting a high-reliability satellite based on the reception power of the satellite radio wave and the elevation angle of the satellite, and a satellite from the high-reliability satellite selected by the high-reliability satellite selection means Relative relationship observing means for measuring the pseudo-range between the receiver and the high-reliability satellite and the Doppler frequency of the high-reliability satellite using radio waves, and autonomous navigation positioning for positioning the receiver by autonomous navigation And a measurement error for estimating a measurement error of the positioning information of the autonomous navigation positioning means using the absolute positioning information obtained by the radio navigation positioning means and a relative relation observation value measured by the relative relation observation means A positioning device comprising: fixing means; and correcting means for correcting the positioning information of the autonomous navigation positioning means using the measurement error estimated by the measurement error estimating means to obtain the measurement position of the receiver, The measurement error estimation means includes a high reliability determination means for determining whether or not the absolute positioning information is highly reliable based on a positioning situation of the receiver, and the absolute positioning information is determined by the high reliability determination means. When it is determined to be highly reliable, the absolute positioning information is not highly reliable by the first measurement error estimating means for estimating the measurement error using the absolute positioning information and the highly reliable determining means. And a second measurement error estimating means for estimating the measurement error using the relative relationship observation value.
上記構成によれば、受信機での測位状況に基づいて、電波航法により得られる受信機の絶対測位情報が高信頼度であるかどうかを判定し、高信頼度であると判定されるときには絶対測位情報を用いて第1の測定誤差推定手段により測定誤差の推定を行い、高信頼度ではないと判定されるときには擬似距離及びドップラ周波数を用いて第2の測定誤差推定手段により測定誤差の推定を行う。 According to the above configuration, based on the positioning status at the receiver, it is determined whether or not the absolute positioning information of the receiver obtained by radio navigation is highly reliable. The measurement error is estimated by the first measurement error estimating means using the positioning information. When it is determined that the reliability is not high, the measurement error is estimated by the second measurement error estimating means using the pseudorange and the Doppler frequency. I do.
そして、自律航法による測位情報を、第1の測定誤差推定手段又は第2の測定誤差推定手段で推定した測定誤差により補正して、受信機の測定位置を得るから、高信頼度の絶対測位情報を得ることができるときには、絶対測位情報を用いて測定誤差を推定することで、マルチパス等の影響の少ない測定誤差を推定することができる。逆に、高信頼度の絶対測位情報を得ることができない場合には、信頼度の低い絶対測位情報は用いずに、マルチパス等の影響の少ない高信頼度衛星からの衛星電波を用いて測定した擬似距離やドップラ周波数に基づいて測定誤差を推定することで、マルチパス等の影響の少ない測定誤差を推定することができる。したがって、精度の低い情報に基づいて測定誤差の推定を行うことを回避し、より的確な測定誤差を用いて補正をすることで、より的確な測位結果を得ることができる。 Then, the positioning information by the autonomous navigation is corrected by the measurement error estimated by the first measurement error estimation means or the second measurement error estimation means to obtain the measurement position of the receiver. Can be obtained by estimating the measurement error using the absolute positioning information, so that the measurement error with less influence of multipath or the like can be estimated. Conversely, when absolute positioning information with high reliability cannot be obtained, measurement is performed using satellite radio waves from high-reliability satellites that are less affected by multipath, etc., without using absolute positioning information with low reliability. By estimating the measurement error based on the pseudorange and the Doppler frequency, it is possible to estimate the measurement error with less influence of multipath or the like. Therefore, it is possible to avoid the estimation of the measurement error based on information with low accuracy, and to perform correction using a more accurate measurement error, thereby obtaining a more accurate positioning result.
また、上記した測位装置において、前記高信頼度判定手段は、前記受信機で前記衛星電波を受信している衛星の数及びその配置と、ポジションシグマとのうちの少なくとも何れか1つに基づいて、前記絶対測位情報が高信頼度であるかどうかを判定することを特徴としている。
上記構成によれば、衛星電波を受信している衛星の数やその配置、或いはポジションシグマのうちの少なくとも1つに基づいて、絶対測位情報が高信頼度であるかどうかを判定するから、絶対測位情報の信頼度が高いかどうかを的確に判定することができる。
Further, in the above positioning device, the high reliability determination means is based on at least one of the number and arrangement of satellites receiving the satellite radio waves by the receiver, and position sigma. , Determining whether or not the absolute positioning information is highly reliable.
According to the above configuration, since absolute positioning information is determined to be highly reliable based on the number of satellites receiving satellite radio waves, their arrangement, or at least one of position sigma, absolute It is possible to accurately determine whether or not the reliability of the positioning information is high.
また、上記した測位装置において、前記測定誤差推定手段は、カルマンフィルタを用いて前記測定誤差を推定し、前記絶対測位情報及び前記相対関係観測値を、前記カルマンフィルタにおける観測方程式の観測値として用いることを特徴としている。
上記構成によれば、カルマンフィルタを用いて測定誤差を推定し、その観測方程式の観測値として絶対測位情報及び相対関係観測値を用いるから、この観測値で構成される観測値行列のサイズを比較的小さくすることができる。したがって、この観測値行列のサイズが大きいことに起因するカルマンフィルタの演算処理に伴う処理負荷を低減することができる。
Further, in the positioning device described above, the measurement error estimation means estimates the measurement error using a Kalman filter, and uses the absolute positioning information and the relative relationship observation value as an observation value of an observation equation in the Kalman filter. It is a feature.
According to the above configuration, the measurement error is estimated using the Kalman filter, and the absolute positioning information and the relative relation observation value are used as the observation value of the observation equation. Can be small. Therefore, it is possible to reduce the processing load accompanying the calculation process of the Kalman filter due to the large size of the observation value matrix.
また、上記した測位装置において、前記自律航法測位手段は、前記受信機の位置及び速度を測定し、前記第1の測定誤差推定手段は、前記電波航法測位手段で測定した絶対位置及び絶対速度と、前記自律航法測位手段で測定した測定位置及び測定速度との差を前記観測値とすることを特徴としている。
上記構成によれば、第1の測定誤差推定手段は、電波航法測位手段で測定した絶対位置及び絶対速度と、自律航法測位手段で測定した測定位置及び測定速度との差を、カルマンフィルタの観測方程式の観測値として設定するから、観測値行列は、位置誤差と、速度誤差とから構成されることになり、観測値行列のサイズを小さくすることができる。
In the above positioning device, the autonomous navigation positioning means measures the position and speed of the receiver, and the first measurement error estimating means includes the absolute position and the absolute speed measured by the radio navigation positioning means. The difference between the measurement position and the measurement speed measured by the autonomous navigation positioning means is the observed value.
According to the above configuration, the first measurement error estimating means calculates the difference between the absolute position and absolute speed measured by the radio navigation positioning means and the measurement position and measurement speed measured by the autonomous navigation positioning means, as an observation equation of the Kalman filter. Therefore, the observation matrix is composed of a position error and a velocity error, and the size of the observation matrix can be reduced.
また、上記した測位装置において、前記第2の位置誤差推定手段は、前記測定誤差を、前記擬似距離の観測方程式と、前記ドップラ周波数の観測方程式とを用いて個別に推定し、前記自律航法測位手段の測位情報と前記高信頼度衛星からの衛星電波に含まれる高信頼度衛星の位置情報とに基づいて前記受信機と前記高信頼度衛星との間の擬似距離及び前記高信頼度衛星のドップラ周波数を予測する相対関係予測手段を備え、前記高信頼度衛星の、前記相対関係観測手段で測定した擬似距離と前記相対関係予測手段で予測した擬似距離との差を前記擬似距離の観測方程式の観測値とし、且つ前記相対関係観測手段で測定したドップラ周波数と前記相対関係予測手段で予測したドップラ周波数との差を前記ドップラ周波数の観測方程式の観測値とすることを特徴としている。 Further, in the above positioning device, the second position error estimating means estimates the measurement error individually using the pseudo-range observation equation and the Doppler frequency observation equation, and the autonomous navigation positioning Based on the positioning information of the means and the position information of the high-reliability satellite included in the satellite radio wave from the high-reliability satellite, and the pseudo-range between the receiver and the high-reliability satellite and the high-reliability satellite A relative relationship prediction unit that predicts a Doppler frequency, and the difference between the pseudorange measured by the relative relationship observation unit and the pseudorange predicted by the relative relationship prediction unit of the high-reliability satellite; And the difference between the Doppler frequency measured by the relative relationship observation means and the Doppler frequency predicted by the relative relationship prediction means is the observation value of the observation equation of the Doppler frequency. It is characterized in Rukoto.
上記構成によれば、第2の位置誤差推定手段は、前記測定誤差を、前記擬似距離の観測方程式と、前記ドップラ周波数の観測方程式とを用いて個別に推定し、高信頼度衛星の衛星電波を用いて相対関係観測手段で測定した擬似距離と、相対関係予測手段で予測した擬似距離との差を、擬似距離の観測方程式の観測値として設定し、同様に、相対関係観測手段で測定したドップラ周波数と、相対関係予測手段で予測したドップラ周波数との差を、ドップラ周波数の観測方程式の観測値として設定する。このとき、高信頼度衛星からの衛星電波を利用した相対関係のみを観測値として設定するから、観測値行列のサイズは、高信頼度衛星の数に応じたサイズとなり、さらに、電波航法による高信頼度の絶対測位情報を得ることができない場合の、高信頼度衛星の数はある程度制限されるから、観測値行列のサイズをある程度の値に制限することができ、観測値行列のサイズが増大することを抑制することができる。 According to the above configuration, the second position error estimation means estimates the measurement error individually using the pseudo-range observation equation and the Doppler frequency observation equation, and the satellite radio wave of the high-reliability satellite. The difference between the pseudorange measured by the relative relationship observation means and the pseudorange predicted by the relative relationship prediction means was set as the observation value of the pseudorange observation equation, and was similarly measured by the relative relationship observation means. The difference between the Doppler frequency and the Doppler frequency predicted by the relative relationship predicting means is set as an observation value of the Doppler frequency observation equation. At this time, only the relative relationship using the satellite radio waves from the high-reliability satellites is set as the observation value, so the size of the observation matrix becomes the size according to the number of high-reliability satellites, When the absolute positioning information of reliability cannot be obtained, the number of high-reliability satellites is limited to some extent, so the size of the observation matrix can be limited to some value, and the size of the observation matrix increases Can be suppressed.
また、上記した測位装置において、前記受信機は、GPS衛星及び準天頂衛星からの衛星電波を受信可能に形成されていることを特徴としている。
上記構成によれば、受信機は、GPS衛星及び準天頂衛星からの衛星電波を受信できる。ここで、準天頂衛星は、常に日本の天頂付近に存在するように配置された衛星であるから、受信機では常に準天頂衛星、つまり高信頼度衛星からの衛星電波を受信することになる。したがって、電波航法により高信頼度の絶対位置情報を得ることができずこの絶対位置情報を用いた測定誤差の推定を行うことができない場合であっても、この準天頂衛星を用いて第2の測定誤差推定手段により確実に測定誤差の推定を行うことができる。そして、この準天頂衛星は、高信頼度衛星であるから、的確に測定誤差の推定を行うことができ、GPS衛星からの衛星電波の受信状況に関わらず、測定誤差の推定を的確に行うことができる。
In the positioning device described above, the receiver is configured to receive satellite radio waves from GPS satellites and quasi-zenith satellites.
According to the above configuration, the receiver can receive satellite radio waves from GPS satellites and quasi-zenith satellites. Here, since the quasi-zenith satellite is a satellite that is always located near the zenith in Japan, the receiver always receives satellite radio waves from the quasi-zenith satellite, that is, a high-reliability satellite. Therefore, even if it is not possible to obtain highly reliable absolute position information by radio navigation and estimation of measurement error using this absolute position information, the second quasi-zenith satellite is used. The measurement error can be reliably estimated by the measurement error estimation means. And since this quasi-zenith satellite is a high-reliability satellite, it is possible to accurately estimate measurement errors, and to accurately estimate measurement errors regardless of the reception status of satellite radio waves from GPS satellites. Can do.
また、本発明の測位方法は、複数の衛星からの衛星電波を用いて測位した受信機の絶対位置及び絶対速度を含む絶対測位情報と、高信頼度衛星からの衛星電波を用いて算出した前記受信機と前記高信頼度衛星との間の擬似距離及び前記高信頼度衛星のドップラ周波数とを用いて、自律航法による測位情報の測定誤差を推定し、推定した測定誤差を用いて前記自律航法による測位情報を補正して前記受信機の測定位置を得る測位方法であって、前記受信機の測位状況に基づき、前記絶対測位情報が高信頼度であるかどうかを判定し、前
記絶対測位情報が高信頼度であると判定されるときには前記絶対測位情報を用いて前記測定誤差を推定し、前記絶対測位情報が高信頼度ではないと判定されるときには前記擬似距離及び前記ドップラ周波数を用いて前記測定誤差を推定することを特徴としている。
Further, the positioning method of the present invention calculates the absolute positioning information including the absolute position and the absolute velocity of the receiver, which is measured using satellite radio waves from a plurality of satellites, and the satellite radio waves from a high reliability satellite. Using the pseudo-range between the receiver and the high-reliability satellite and the Doppler frequency of the high-reliability satellite, the measurement error of the positioning information by autonomous navigation is estimated, and the autonomous navigation using the estimated measurement error A positioning method for correcting the positioning information by the receiver to obtain the measurement position of the receiver, based on the positioning status of the receiver, determining whether the absolute positioning information is highly reliable, and the absolute positioning information Is determined to be highly reliable, the measurement error is estimated using the absolute positioning information, and when the absolute positioning information is determined not to be highly reliable, the pseudorange and the Doppler frequency are used. It is characterized by estimating the measurement error Te.
上記構成によれば、電波航法による絶対測位情報が高信頼度であると判定されるときにはこの絶対測位情報を用いて、自律航法による測位情報の測定誤差を推定し、前記絶対測位情報が高信頼度でないと判定されるときには、高信頼度衛星までの擬似距離とドップラ周波数とを用いて推定するから、高信頼度の絶対測位情報を得ることができるときにはこの絶対測位情報を用いて測定誤差を推定することで、マルチパス等の影響の少ない測定誤差を推定することができ、逆に、高信頼度の絶対測位情報を得ることができない場合には、信頼度の低い絶対測位情報は用いずに、マルチパス等の影響の少ない高信頼度衛星からの衛星電波を用いて測定した擬似距離やドップラ周波数に基づいて測定誤差を推定することで、マルチパス等の影響の少ない測定誤差を推定することができる。したがって、精度の低い情報に基づいて測定誤差の推定を行うことを回避することができ、測定誤差の推定をより的確に行うことができる。 According to the above configuration, when it is determined that the absolute positioning information by radio navigation is highly reliable, the absolute positioning information is used to estimate the measurement error of the positioning information by autonomous navigation, and the absolute positioning information is highly reliable. When it is determined that the angle is not high, the pseudo-range to the high-reliability satellite and the Doppler frequency are used for estimation. Therefore, when high-reliability absolute positioning information can be obtained, this absolute positioning information is used to reduce the measurement error. By estimating it, it is possible to estimate measurement errors that are less affected by multipath, etc. On the contrary, when absolute positioning information with high reliability cannot be obtained, absolute positioning information with low reliability is not used. In addition, by estimating the measurement error based on the pseudorange and Doppler frequency measured using satellite radio waves from highly reliable satellites that are less affected by multipath, etc., the effects of multipath are reduced. There measurement error can be estimated. Therefore, it is possible to avoid estimating the measurement error based on information with low accuracy, and it is possible to more accurately estimate the measurement error.
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明を適用した測位装置10の一例を示すブロック図であり、この測位装置10は、地球の大気圏外を周回するGPS衛星及び準天頂衛星QZSSから送信された電波を受信するGPS/QZSS受信機1と、ジャイロセンサを含んで構成され、測位装置10本体のヨー方向の角速度を検出する方位センサとしての角速度センサ2及び加速度を検出する加速度センサ3と、前記GPS/QZSS受信機1で受信した受信信号に基づいて電波航法により測位を行うと共にGPS衛星やQZSS衛星とGPS/QZSS受信機1との相対関係を表す衛星までの擬似距離やドップラ周波数等の観測情報を算出し、また、角速度センサ2及び加速度センサ3の検出信号に基づいて自律航法による測位演算を行い、この測位情報を、前記電波航法による絶対測位情報及び観測情報に基づいて推定した自律航法による測位演算の測定誤差に応じて補正し、これを測位結果とする演算処理装置4と、を備え、演算処理装置4では算出した測位結果を、例えば表示部5に出力する。
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a
この演算処理装置4では、前記GPS/QZSS受信機1の測位状況に基づいて得た絶対測位情報の信頼度が高いかどうかを判定し、測位演算により得た絶対測位情報の信頼度が高いと判定されるときには、測位結果レベルのフィルタモードで前記自律航法による測位演算の測定誤差の推定を行う。具体的には、電波航法による絶対測位情報(絶対位置、絶対速度)に基づき、自律航法による各種センサの測定誤差や測位演算結果の誤差を推定する。 In this arithmetic processing unit 4, it is determined whether the reliability of the absolute positioning information obtained based on the positioning status of the GPS / QZSS receiver 1 is high, and the reliability of the absolute positioning information obtained by the positioning calculation is high. When the determination is made, the measurement error of the positioning calculation by the autonomous navigation is estimated in the filter mode of the positioning result level. Specifically, based on absolute positioning information (absolute position, absolute speed) by radio navigation, measurement errors of various sensors by autonomous navigation and errors of positioning calculation results are estimated.
一方、測位状況から、電波航法により測位演算を行うことはできるがその信頼度は低いと予測されるとき、或いは電波航法により測位演算を行うことはできないと判定されるときには、観測情報レベルのフィルタモードで前記自律航法による測位演算の測定誤差の推定を行う。具体的には、GPS/QZSS衛星からの電波の観測情報、つまり、擬似距離及びドップラ周波数に基づき、自律航法による各種センサの測定誤差や測位演算結果の誤差を推定する。
そして、このようにして推定した自律航法による各種センサの測定誤差や測位演算結果の誤差に基づき、各種センサの測定値の補正や測位演算結果の補正を行い、補正後の測位演算結果を、測位装置10本体の測位結果とする。
On the other hand, when it is predicted that the positioning calculation can be performed by radio navigation but the reliability is low, or the positioning calculation cannot be performed by radio navigation from the positioning situation, the observation information level filter In the mode, the measurement error of the positioning calculation by the autonomous navigation is estimated. Specifically, based on observation information of radio waves from GPS / QZSS satellites, that is, pseudorange and Doppler frequency, measurement errors of various sensors by autonomous navigation and errors of positioning calculation results are estimated.
Then, based on the measurement error and positioning calculation error of each sensor by autonomous navigation estimated in this way, the measurement value of each sensor and the positioning calculation result are corrected, and the corrected positioning calculation result is It is set as the positioning result of the
図2は、前記演算処理装置4で実行される測位演算処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
演算処理装置4では、GPS/QZSS受信機1で、GPS衛星やQZSS衛星からの
電波を受信し測位演算して、ステップS1からステップS2に移行し、測位状況を判定し、電波航法により絶対測位情報を得ることができるかどうか、また、絶対測位情報を得ることができる場合には、その絶対測位情報は、高信頼度であるか低信頼度であるかを判断する。
FIG. 2 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the positioning calculation process executed by the calculation processing device 4.
In the arithmetic processing unit 4, the GPS / QZSS receiver 1 receives a radio wave from a GPS satellite or a QZSS satellite, performs positioning calculation, shifts from step S1 to step S2, determines the positioning situation, and performs absolute positioning by radio wave navigation. If information can be obtained, and if absolute positioning information can be obtained, it is determined whether the absolute positioning information has high reliability or low reliability.
この判断は、例えば、GPS/QZSS受信機1で電波を受信することができた捕捉衛星の数、衛星の配置による測位精度の低下率を表す位置精度低下率PDOP及び測位精度を表すポシションシグマ等に基づいて行う。
このようにして測位状況を判定したならばステップS3に移行し、測位状況を判定した結果、高信頼度の絶対測位情報を得ることができると判定された場合にはステップS4に移行し、測位結果レベルのフィルタモードでの測位演算を行い、電波航法による絶対測位情報(絶対位置、絶対速度)を用いて自律航法における測定誤差の推定を行い、これに基づき所定の補正を行って、測位装置10本体の測位結果を得る。
This determination is made, for example, by the number of captured satellites that have been able to receive radio waves by the GPS / QZSS receiver 1, the position accuracy decrease rate PDOP that indicates the rate of decrease in positioning accuracy due to the arrangement of the satellites, and the position sigma that indicates the positioning accuracy. Based on.
If the positioning status is determined in this way, the process proceeds to step S3. If it is determined that the absolute positioning information with high reliability can be obtained as a result of determining the positioning status, the process proceeds to step S4. Positioning calculation is performed in the result level filter mode, the measurement error in autonomous navigation is estimated using absolute positioning information (absolute position, absolute speed) by radio wave navigation, and a predetermined correction is made based on this, positioning device Get the positioning result of 10 main bodies.
一方、測位状況を判定した結果、絶対測位情報を得ることは可能であるが、その信頼度が低い場合、或いは、測位演算を行うことができない場合いはステップS5に移行し、捕捉衛星の中から高信頼度衛星を選択する。
具体的には、捕捉しているGPS衛星、QZSS衛星のそれぞれについて、受信信号のパワーと、その仰角とから判断する。例えば、衛星からの電波に含まれるPNコードについて自己が保持するPNコードとの相関値を取り、相関値のピーク値と、ノイズフロアの値との差が、予め設定したしきい値以上であり、且つ、衛星の仰角が予め設定したしきい値以上であるとき、この衛星を高信頼度衛星と判断する。
On the other hand, as a result of determining the positioning status, it is possible to obtain absolute positioning information. However, if the reliability is low, or if the positioning calculation cannot be performed, the process proceeds to step S5 and the acquired satellite Select a high-reliability satellite.
Specifically, each of the captured GPS satellite and QZSS satellite is determined from the power of the received signal and its elevation angle. For example, the correlation value between the PN code contained in the radio wave from the satellite and the PN code held by itself is taken, and the difference between the peak value of the correlation value and the noise floor value is greater than or equal to a preset threshold value. When the elevation angle of the satellite is equal to or greater than a preset threshold value, the satellite is determined to be a high reliability satellite.
ここで、GPS/QZSS受信機1では、準天頂衛星QZSSからの電波も受信するようにしており、この準天頂衛星QZSSは、常に何れか1つは日本の天頂付近に存在する衛星であり、仰角70度以上の位置に存在し、ビルの谷間でも遮られることなくマルチパスの影響をうけにくい衛星である。したがって、少なくとも1つは高信頼度衛星が存在することになる。 Here, the GPS / QZSS receiver 1 is configured to receive radio waves from the quasi-zenith satellite QZSS, and any one of the quasi-zenith satellites QZSS is always a satellite that exists near the zenith in Japan. It is a satellite that exists at an elevation angle of 70 degrees or more and is not easily affected by multipaths without being interrupted by valleys of buildings. Therefore, at least one highly reliable satellite exists.
次いで、ステップS6に移行し、高信頼度衛星として判定された捕捉衛星について、その電波の観測情報、つまり、擬似距離及びドップラ周波数に基づいて、観測情報レベルのフィルタモードでの測位演算を行い、観測情報を用いて自律航法における測定誤差の推定を行い、これに基づき所定の補正を行い、測位装置10本体の測位結果を得る。なお、前記擬似距離は、測位装置10での衛星電波の受信時刻と受信信号に含まれる衛星の送信時刻との差に光速を乗算することで算出することができる。また、ドップラ周波数は、搬送周波数f〔Hz〕と、ドップラ効果による周波数偏移Δf(=f・ρ/c)〔Hz〕とから、f±Δfで算出することができる。なお、ρは測位装置10本体と衛星との相対速度、cは光速である。
Next, the process proceeds to step S6, and the positioning operation in the filter mode at the observation information level is performed based on the observation information of the radio wave, that is, the pseudorange and the Doppler frequency, for the acquired satellite determined as the high reliability satellite, A measurement error in the autonomous navigation is estimated using the observation information, and a predetermined correction is performed based on the estimation, thereby obtaining a positioning result of the
そして、ステップS7に移行し、ステップS4で算出した測位結果レベルのフィルタモード又はステップS6で算出した擬似距離レベルのフィルタモードにより算出した測位結果を表示部5に出力する。そして、ステップS1に戻り、上述の処理を繰り返し行う。 Then, the process proceeds to step S 7, and the positioning result calculated in the positioning result level filter mode calculated in step S 4 or the pseudo distance level filter mode calculated in step S 6 is output to the display unit 5. And it returns to step S1 and performs the above-mentioned process repeatedly.
図3は、測位結果レベルのフィルタモードでの測位演算の処理手順を示すブロック図である。
この測位結果レベルのフィルタモードでは、GPS衛星又はQZSS衛星から受信した受信信号に基づいて、測位演算部11において、公知の電波航法による手順で測位演算を行う。つまり、この測位結果レベルのフィルタモードでは、高信頼度の測位演算が可能と判断されていることから、捕捉衛星のうち、高信頼度の測位演算が可能との判断結果を得た、少なくとも4個以上のGPS衛星又はQZSS衛星からの受信信号を用いて公知の手
順で測位装置10本体の絶対位置及び絶対速度を算出する。
FIG. 3 is a block diagram showing a processing procedure of positioning calculation in the filter mode of the positioning result level.
In the positioning result level filter mode, the
一方、自律センサナビゲーション12では、角速度センサ2及び加速度センサ3で検出した角速度及び加速度と、後述のカルマンフィルタ13で推定された測定誤差とに基づいて公知の自律航法による測位演算を行い、測位装置10本体の位置、速度及び方位を推測する。そして、測位演算部11で算出した電波航法による絶対測位情報(絶対位置、絶対速度)と、自律センサナビゲーション12で算出した自律航法による測位演算結果とに基づいて、カルマンフィルタ13により、自律航法による測定誤差を推測する。そして、カルマンフィルタ13により推定した測定誤差と、今回の測位演算結果とを補正部14で加算し、これを測位装置10本体の今回の測位結果とする。
On the other hand, the
ここで、カルマンフィルタについて簡単に説明する。
カルマンフィルタは、観測信号と統計的な先験情報とを用いて、信号の生成過程のモデル化の際に導入された導入変数の最適な推定値(最小分散推定値)を逐次求めるアルゴリズムとして導かれており、予測モードと推定モードとの二段階で処理が繰り返される。
ここで、状態ベクトルをxとすると、状態空間モデルは、次式(1)及び(2)で表すことができる。なお、変数の添字kは、時刻を表している。
Here, the Kalman filter will be briefly described.
The Kalman filter is derived as an algorithm that uses the observed signal and statistical a priori information to sequentially determine the optimum estimate (minimum variance estimate) of the introduced variable introduced when modeling the signal generation process. The process is repeated in two stages, a prediction mode and an estimation mode.
Here, when the state vector is x, the state space model can be expressed by the following equations (1) and (2). Note that the subscript k of the variable represents time.
xk+1=φkxk+uk(状態方程式) ……(1) x k + 1 = φ k x k + u k (equation of state) (1)
zk=Hkxk+εk(観測方程式) ……(2) z k = H k x k + ε k (observation equation) (2)
なお、式中のxkは状態ベクトル、φkは状態遷移行列、ukはプロセスノイズとしての
ガウス白色誤差(平均ベクトル0、共分散行列Qkをもつ正規分布N(0,Qk)で表すことができる)、zkは観測値、Hkは観測値zkと状態ベクトルxkとを関連づけるための観測行列、εkは観測値の誤差としてのガウス白色誤差(平均ベクトル0,共分散行列Rkをもつ正規分布N(0,Rk)で表すことができる)である。
Incidentally, x k is the state vector in the formula, phi k is the state transition matrix, u k is Gaussian white error (mean vector 0 as process noise, a normal distribution N with covariance matrix Q k (0, Q k) Z k is an observation value, H k is an observation matrix for associating the observation value z k with the state vector x k, and ε k is a Gaussian white error (mean vector 0, Normal distribution N (0, R k ) having a dispersion matrix R k ).
予測モードでは、(3)式に示す状態ベクトルの予測と、(4)式に示す推定誤差共分散の予測とを行い、(5)式にしたがってカルマンゲインKkを算出する。
また、推定モードでは、(6)式に示す状態ベクトルの推定と、(7)式に示す推定誤差共分散の推定とを行う。
In the prediction mode, the state vector prediction shown in equation (3) and the estimation error covariance prediction shown in equation (4) are performed, and the Kalman gain K k is calculated according to equation (5).
In the estimation mode, state vector estimation shown in equation (6) and estimation error covariance estimation shown in equation (7) are performed.
x- k=φkx+ k-1 ……(3) x − k = φ k x + k−1 (3)
P- k=φkP+ k-1φk T+Qk-1 ……(4) P − k = φ k P + k−1 φ k T + Q k−1 (4)
Kk =P- kHk T[HkP- kHk T+Rk]-1 ……(5) K k = P - k H k T [H k P - k H k T + R k] -1 ...... (5)
x+ k=x- k+Kk[zk−Hkx- k] ……(6) x + k = x - k + K k [z k -H k x - k] ...... (6)
P+ k=[I−KkHk]P- k ……(7) P + k = [I-K k H k] P - k ...... (7)
なお、式中の添字Tは転置行列を表す。また、x- kは状態ベクトルxの予測値、x+ k、x+ k-1は状態ベクトルの推定値、P- kは推定誤差共分散の予測値、P+ k、P+ k-1は推定誤差共分散の推定値を表す。また、φkは状態遷移行列、Qk-1は前記プロセスノイズとしてのガウス白色誤差uの共分散行列、Hkは前記観測行列、Rkは前記観測値の誤差としてのガウス白色誤差εkの共分散行列である。 Note that the subscript T in the expression represents a transposed matrix. X - k is a predicted value of the state vector x, x + k and x + k-1 are estimated values of the state vector, P - k is a predicted value of the estimation error covariance, P + k and P + k-1 Represents the estimated error covariance. Φ k is a state transition matrix, Q k−1 is a covariance matrix of a Gaussian white error u as the process noise, H k is the observation matrix, and R k is a Gaussian white error ε k as an error of the observation value. Is the covariance matrix.
そして、上記(1)、(2)式の状態空間モデル及び観測値zkを用い、前記(3)〜
(7)式を繰り返し行うことにより、観測値zkに応じてカルマンフィルタゲインKkが収束し、より的確な状態ベクトルx+ kの推測を行うものである。
次に、図1に示すように、GPS/QZSS受信機1、角速度センサ2及び加速度センサ3を備えた測位装置10において、カルマンフィルタ13で処理を行う場合について説明する。なお、ここでは、説明を簡単にするために、二次元ナビゲーションを行う場合について説明する。
Then, using the state space model and the observed value z k of the above formulas (1) and (2),
By repeating equation (7), the Kalman filter gain K k converges according to the observed value z k , and a more accurate state vector x + k is estimated.
Next, the case where the
測位装置10における、状態ベクトルXを、次式(8)で表す。
X=[δPE δPN δVE δVN δθg Bg Bax Bay]T ……(8)
The state vector X in the
X = [δP E δP N δV E δV N δθ g B g Ba x Ba y] T ...... (8)
なお、(8)式中の、δPEは東方向位置誤差、δPNは北方向位置誤差、δVEは東方
向速度誤差、δVNは北方向速度誤差、δθgはヨー方向角度誤差、Bgは角速度センサの
バイアス、BaxはX軸方向の加速度センサのバイアス、BayはY軸方向の加速度センサのバイアスである。
In equation (8), δP E is an east position error, δP N is a north position error, δV E is an east speed error, δV N is a north speed error, δθ g is a yaw angle error, B g is the angular velocity sensor bias, Ba x is the acceleration sensor of X axis direction bias, the Ba y is the bias of the acceleration sensor in the Y-axis direction.
前記角速度センサのバイアス及び加速度バイアスは確定的な変化はなく、前回の誤差にノイズが負荷されたものして、次式(9)〜(11)により表すことができる。 The bias and acceleration bias of the angular velocity sensor do not have deterministic changes, and can be expressed by the following equations (9) to (11) assuming that noise is loaded on the previous error.
Bg(k+1)=Bg(k)+wg ……(9) B g (k + 1) = B g (k) + w g (9)
Bax(k+1)=Bax(k)+wax ……(10) Ba x (k + 1) = Ba x (k) + wax (10)
Bay(k+1)=Bay(k)+way ……(11) Ba y (k + 1) = Ba y (k) + w ay ...... (11)
また、ヨー方向角度誤差δθgは、次式(12)に示すように、前回の角速度センサの
バイアスBgに前回からの経過時間すなわちサンプリング間隔Tを乗算することにより算
出される方位誤差とノイズとを、前回の誤差に加算して算出される。
The yaw direction angle error δθ g is calculated by multiplying the previous angular velocity sensor bias B g by the elapsed time from the previous time, that is, the sampling interval T, as shown in the following equation (12). Is added to the previous error.
δθg(k+1)=δθg(k)+T・Bg(k)+wθg ……(12) δθ g (k + 1) = δθ g (k) + T · B g (k) + wθ g (12)
ここで、状態方程式を、次式(13)とする。
Xk+1=φXk+w ……(13)
Here, the state equation is represented by the following equation (13).
X k + 1 = φX k + w (13)
なお、式中のφは、状態ベクトルの時間的な変化を与える状態遷移行列、wはシステムノイズであって次式(14)及び(15)で表す。なお、式中のTはサンプリング間隔、axはX軸方向の加速度、ayはY軸方向の加速度、θはヨー方向角度である。 In the equation, φ is a state transition matrix that gives a temporal change of the state vector, w is system noise, and is expressed by the following equations (14) and (15). Incidentally, T in the formula is the sampling interval, is a x acceleration in the X-axis direction, is a y Y-axis direction of the acceleration, theta is the yaw direction angle.
次に、観測方程式を、次式(16)とする。
Y=H・X+r ……(16)
Next, let the observation equation be the following equation (16).
Y = H · X + r (16)
なお、Yは観測値であって次式(17)で表し、Hは観測値Yと状態ベクトルXとを関連付けるための観測行列、rは観測ノイズである。 Y is an observation value and is expressed by the following equation (17), H is an observation matrix for associating the observation value Y with the state vector X, and r is an observation noise.
(17)式中のPE,INS、PN,INS、VE,INS、VN,INSは、自律航法による測位演算により得た、東方向位置、北方向位置、東方向速度、北方向速度であり、PE,GPS、PN,GPS、VE,GPS、VN,GPSは、電波航法による測位演算により得た、東方向位置、北方向位置、東方向速度、北方向速度である。
そして、まず、測位装置10の初期測位位置(x,y,z)を設定し、さらに、状態ベクトル推定値X+ k-1及び誤差共分散行列Pの推定値P+ k-1として、所定の初期値を設定する。この初期値は、例えば、最小自乗法により測位演算を行うことにより、現在の測位装置10の位置と状態ベクトル推定値X+ k-1とを求めることができる。また、誤差共分散行列Pの推定値P+ k-1としては予め設定した所定の値を設定する。
(17) In the equation , PE, INS , PN, INS , VE, INS , VN, INS are the east position, north position, east speed, north direction obtained by positioning calculation by autonomous navigation. P E, GPS , P N, GPS , V E, GPS , V N, GPS are east direction position, north direction position, east direction speed, north direction speed obtained by positioning calculation by radio navigation. is there.
First, an initial positioning position (x, y, z) of the
なお、ここでは、測位装置10の初期値及び状態ベクトルの初期値として、最小自乗法による演算結果を用いた場合について説明したがこれに限るものではなく、他の手法により初期値を設定してもよい。
そして、前記測位演算部11で電波航法により測位演算を行い、東方向位置PE,GPS、
北方向位置PN,GPS、東方向速度VE,GPS、北方向速度VN,GPSを獲得する。同様に、自律
センサナビゲーション12において、自律航法により、東方向位置PE,INS、北方向位置
PN,INS、東方向速度VE,INS、北方向速度VN,INSを獲得する。
In addition, although the case where the calculation result by the least square method was used as the initial value of the
Then, the
The north direction position P N, GPS , the east direction speed V E, GPS , and the north direction speed V N, GPS are acquired. Similarly, the
そして、これら電波航法及び自律航法による測位演算結果及び、前記(16)及び(17)式から、観測方程式を得る。
そして、前記(3)及び(4)式から、状態ベクトルX- k及び推定誤差行列分散P- kの予測を行い、(5)式からカルマンフィルタゲインKkを算出する。
次いで、(5)式から得たカルマンフィルタゲインKkと前記(6)及び(7)式から
、状態ベクトルX+ k及び推定誤差行列分散P+ kの推定を行う。
Then, an observation equation is obtained from the positioning calculation result by the radio navigation and the autonomous navigation and the equations (16) and (17).
Then, the state vector X - k and the estimated error matrix variance P - k are predicted from the equations (3) and (4), and the Kalman filter gain Kk is calculated from the equation (5).
Next, the state vector X + k and the estimated error matrix variance P + k are estimated from the Kalman filter gain K k obtained from the equation (5) and the equations (6) and (7).
以上の手順を、繰り返し行い、前記(8)式で表す状態ベクトルXの各成分、つまり、自律航法において測位演算を行う際の、測位演算結果の誤差や、角速度センサ2や加速度センサ3による測定誤差を推測する。
そして、この推定した測定誤差を用いて補正部14において、自律航法により演算した東方向位置PE,INS、北方向位置PN,INS、東方向速度VE,INS、北方向速度VN,INSを補正し、これを測位結果として出力する。
また、このカルマンフィルタ13により得た測定誤差の推定値を自律センサナビゲーション12にフィードバックする。
The above procedure is repeated, and each component of the state vector X expressed by the above equation (8), that is, an error in the positioning calculation result when performing positioning calculation in autonomous navigation, measurement by the
The
Further, the estimated value of the measurement error obtained by the
そして、前記自律センサナビゲーション12では、測定誤差の推定値をもとに今回の測位結果、つまり、東方向位置PE,INS、北方向位置PN,INS、東方向速度VE,INS、北方向
速度VN,INSを補正し、これを今回の測位結果として記憶する。また、ヨー方向角度誤差
δθg、角速度センサのバイアスBg、X軸方向の加速度センサのバイアスBax、Y軸方
向の加速度センサのバイアスBayを、所定の記憶領域に記憶しておき、次に測位演算処
理を行う際に、これら測定誤差の推定値を用いて、角速度センサ2及び加速度センサ3の検出信号を補正し、補正後の角速度センサ2及び加速度センサ3の検出信号と、測定誤差の推定値により補正された前回の測位結果とをもとに、今回の測位演算を行う。
In the
次に、図4は、観測情報レベルのフィルタモードでの処理手順を示すブロック図である。
この観測情報レベルでのフィルタモードでは、測位演算部21において、捕捉しているGPS衛星又はQZSS衛星について、PNコードの相関値や仰角に基づいて高信頼度衛星として選択された衛星についてその衛星までの擬似距離及びドップラ周波数を、観測擬似距離及び観測ドップラ周波数として算出する。
Next, FIG. 4 is a block diagram showing a processing procedure in the filter mode of the observation information level.
In the filter mode at the observation information level, the
つまり、この観測情報レベルのフィルタモードでは、4個以上のGPS衛星又はQZSS衛星からの電波を受信しておらず測位演算を行うことができないか、又は、電波航法により高信頼度の測位結果を得ることができない状況であるから、高信頼度衛星、つまり、マルチパス等の影響を受けていない信頼度の高い受信信号に基づく擬似距離及びドップラ周波数を用いて、自律航法による測定誤差の推定を行う。 That is, in this observation information level filter mode, radio waves from four or more GPS satellites or QZSS satellites are not received and positioning calculation cannot be performed, or highly reliable positioning results are obtained by radio navigation. Since it is a situation that cannot be obtained, measurement error estimation by autonomous navigation is performed using a pseudorange and Doppler frequency based on a highly reliable satellite, that is, a highly reliable received signal that is not affected by multipath etc. Do.
一方、自律ナビゲーション22では、角速度センサ2及び加速度センサ3で検出した角速度及び加速度、及び後述のカルマンフィルタ13で推定された測定誤差の推定値に基づいて、公知の自律航法による測位演算を行い、測位装置10本体の位置、速度及び方位を
算出する。さらに、測位演算の結果得た測位装置10本体の位置と、受信信号に含まれる高信頼度衛星の今回の位置とに基づいて高信頼度衛星までの擬似距離を予測する。また、測位装置10本体の速度と、高信頼度衛星の速度とに基づいて測位装置10及び高信頼度衛星との間の相対速度を算出し、これに基づいてドップラ周波数を予測する。そして、これらを予測擬似距離及び予測ドップラ周波数とする。
On the other hand, the
そして、測位演算部21で選択した高信頼度衛星の観測擬似距離及び観測ドップラ周波数と、自律センサナビゲーション22で予測した予測擬似距離及び予測ドップラ周波数とに基づいて、カルマンフィルタ23により、自律航法による測定推定結果の推定誤差を推測する。そして、この推定した測定誤差を用いて補正部24において、自律航法により演算した測位結果、すなわち、東方向位置PE,INS、北方向位置PN,INS、東方向速度VE,INS、北方向速度VN,INSを補正し、これを測位結果として出力する。
また、このカルマンフィルタ23により得た測定誤差の推定値を自律センサナビゲーション22にフィードバックする。
Then, based on the observed pseudorange and observed Doppler frequency of the high-reliability satellite selected by the
Further, the estimated value of the measurement error obtained by the
そして、前記自律センサナビゲーション22では、測定誤差の推定値をもとに今回の測位結果、つまり、東方向位置PE,INS、北方向位置PN,INS、東方向速度VE,INS、北方向
速度VN,INSを補正し、これを今回の測位結果として記憶する。また、ヨー方向角度誤差
δθg、角速度センサのバイアスBg、X軸方向の加速度センサのバイアスBax、Y軸方
向の加速度センサのバイアスBayを、所定の記憶領域に記憶しておき、次に測位演算処
理を行う際に、これら測定誤差の推定値を用いて、角速度センサ2及び加速度センサ3の検出信号を補正し、補正後の角速度センサ2及び加速度センサ3の検出信号と、測定誤差の推定値により補正された前回の測位結果とをもとに、今回の測位演算を行う。
In the
この観測情報レベルのフィルタモードにおけるカルマンフィルタ23では、拡張カルマンフィルタを適用して線形化し、観測方程式を、次式(18)及び(19)とする。
In the
Y1=H・X+r1 ……(18)
Y2=H・X+r2 ……(19)
Y1 = H · X + r1 (18)
Y2 = H · X + r2 (19)
なお、Y1、Y2は観測値であって次式(20)、(21)で表す。 Y1 and Y2 are observed values and are represented by the following equations (20) and (21).
そして、上述の測位結果レベルのフィルタモードと同様に、まず、測位装置10本体の初期測位位置(x,y,z)を設定し、さらに、状態ベクトル推定値X+ k-1及び誤差共分散行列Pの推定値P+ k-1として、所定の初期値を設定する。
Then, similarly to the above-described positioning result level filter mode, first, the initial positioning position (x, y, z) of the
そして、前記測位演算部21及び自律センサナビゲーション22からの高信頼度衛星の
観測擬似距離及び観測ドップラ周波数と、予測擬似距離及び予測ドップラ周波数と、前記(18)〜(21)から観測方程式を得る。
そして、前記(1)及び(2)式から、状態ベクトルX- k及び推定誤差行列分散P- kの予測を行い、(3)式からカルマンフィルタゲインKkを算出する。
Then, an observation equation is obtained from the observation pseudorange and observation Doppler frequency of the high-reliability satellite from the
Then, the state vector X - k and the estimated error matrix variance P - k are predicted from the equations (1) and (2), and the Kalman filter gain Kk is calculated from the equation (3).
次いで、(3)式から得たカルマンフィルタゲインKkと前記(4)及び(5)式から
、状態ベクトルX+ k及び推定誤差行列分散P+ kの推定を行う。
以上の手順を繰り返し行い、前記(8)式で表す状態ベクトルXの各成分、つまり、自律航法において測位演算を行う際の、測位演算結果の誤差や、角速度センサ2や加速度センサ3による測定誤差を推測する。
Next, the state vector X + k and the estimated error matrix variance P + k are estimated from the Kalman filter gain K k obtained from the equation (3) and the equations (4) and (5).
Repeating the above procedure, each component of the state vector X represented by the above equation (8), that is, an error in the positioning calculation result when performing the positioning calculation in autonomous navigation, a measurement error due to the
そして、この推測した測定誤差を用いて、補正部24において、自律航法により演算した東方向位置PE,INS、北方向位置PN,INS、東方向速度VE,INS、北方向速度VN,INSを補正し、これを測位結果として出力する。
また、このカルマンフィルタ23により得た測定誤差を自律センサナビゲーション22にフィードバックする。
Then, using the estimated measurement error, the
The measurement error obtained by the
そして、前記自律センサナビゲーション22では、測定誤差をもとに今回の測位結果を補正し、これを今回の測位結果として記憶する。また、ヨー方向角度誤差δθg、角速度
センサのバイアスBg、X軸方向の加速度センサのバイアスBax、Y軸方向の加速度センサのバイアスBayを、所定の記憶領域に記憶しておき、次に測位演算処理を行う際に、
これら測定誤差推定値を用いて、角速度センサ2及び加速度センサ3の検出信号を補正し、補正後の角速度センサ2及び加速度センサ3の検出信号と、推測した測定誤差により補正した前回の測位結果とをもとに、今回の測位演算を行う。
The
Using these measurement error estimation values, the detection signals of the
次に、本発明の動作を説明する。
GPS/QZSS受信機1で、GPS衛星又はQZSS衛星から電波を受信し、測位演算して、捕捉衛星の数、捕捉衛星の配置に応じた位置精度低下率PDOP、ポシションシグマ等に基づいて、測位状況を判断し、電波航法により高信頼度の絶対測位情報を獲得することができるかどうかを判定する(ステップS1、S2)。
Next, the operation of the present invention will be described.
The GPS / QZSS receiver 1 receives radio waves from GPS satellites or QZSS satellites, performs positioning calculation, and determines the position based on the number of captured satellites, the rate of accuracy decrease according to the position of the captured satellites, PDOP, position sigma, etc. The situation is determined, and it is determined whether or not highly reliable absolute positioning information can be acquired by radio navigation (steps S1 and S2).
そして、高信頼度の絶対測位情報を得ることができると判定されたときには、ステップS3からステップS4に移行し、測位結果レベルのフィルタモードで測定誤差の推定を行う。つまり、電波航法により算出した測位装置10本体の絶対位置及び絶対速度と、角速度センサ2及び加速度センサ3の検出信号と、前回のサンプリング周期で算出されたヨー角方向角度誤差δθg、ジャイロバイアスBg、加速度センサのバイアスBax、Bay及び、東方向及び北方向の位置誤差δPE、δPN、東方向及び北方向の速度誤差δVE、δVNにより補正した前回の測位装置10本体の測位結果とに基づいて、今回の位置、速度及び方位を算出する。
When it is determined that highly reliable absolute positioning information can be obtained, the process proceeds from step S3 to step S4, and the measurement error is estimated in the positioning result level filter mode. That is, the absolute position and absolute velocity of the
そして、これらに基づき前記(17)式にしたがって測定誤差の観測値を設定し、カルマンフィルタ処理を行って、測定誤差を推定する。そして、この測定誤差の推定値により、自律航法により得た測位結果を補正し、補正後の値を測位装置10本体の測位結果として表示部5に出力する。また、測定誤差の推定値に基づいて、自律航法による測位結果を補正しこれを今回の測位結果として記憶すると共に、角速度センサ2や加速度センサ3の測定誤差の推定値を所定の記憶領域に記憶する。
以上の処理を、高信頼度の測位演算を行うことが可能な間、繰り返し行う。
Based on these, an observation value of the measurement error is set according to the equation (17), Kalman filter processing is performed, and the measurement error is estimated. Then, the positioning result obtained by the autonomous navigation is corrected based on the estimated value of the measurement error, and the corrected value is output to the display unit 5 as the positioning result of the
The above process is repeated while a highly reliable positioning calculation can be performed.
ここで、前記カルマンフィルタ処理では、前記(17)式に示すように、測定値として、電波航法により得た東方向及び北方向の位置及び東方向及び北方向の速度を用いて処理
を行っており、4×1の行列で構成される。
カルマンフィルタ処理では、(5)式に示すように、観測方程式の観測行列の逆行列を用いて演算を行っているため、この観測行列のサイズが大きい場合には演算処理装置4の演算処理負荷が増加することになる。しかしながら、(17)式に示すように、観測値Yとして、4×1の行列を用い、比較的サイズの小さい行列を用いているから、処理負荷の増加を低減することができる。
Here, in the Kalman filter processing, as shown in the equation (17), processing is performed using the east and north positions and the east and north velocities obtained by radio navigation as measured values. It is composed of a 4 × 1 matrix.
In the Kalman filter process, as shown in the equation (5), since the calculation is performed using the inverse matrix of the observation matrix of the observation equation, when the size of the observation matrix is large, the calculation processing load of the calculation processing device 4 is large. Will increase. However, as shown in the equation (17), since a 4 × 1 matrix is used as the observed value Y and a matrix having a relatively small size is used, an increase in processing load can be reduced.
また、このとき、電波航法により測位演算された高信頼度の測位結果と、自律航法による測位結果とに基づいて、測定誤差の観測値Yを設定しているから、マルチパス等の影響を受けていないより誤差の少ない観測値Yを用いて測定誤差を推定することができ、より的確に測定誤差の推定を行うことができる。
したがって、このようにして推定した測定誤差を用いて、自律航法による測位結果を補正しこれを用いて測位装置10本体の位置を得ることで、より的確な測位結果を得ることができる。
At this time, since the observed value Y of the measurement error is set based on the highly reliable positioning result calculated by the radio navigation and the positioning result by the autonomous navigation, it is influenced by multipaths and the like. Thus, the measurement error can be estimated using the observed value Y with less error, and the measurement error can be estimated more accurately.
Therefore, a more accurate positioning result can be obtained by correcting the positioning result by the autonomous navigation using the measurement error estimated in this way and obtaining the position of the
一方、電波航法による絶対測位情報を得ることはできるがその信頼度が比較的低いと判定される場合、或いは、4個以上の衛星を捕捉することができず測位演算を行うことができない場合には、ステップS3からステップS5に移行し、PNコードの相関値や衛星の仰角に基づき、捕捉衛星の中から高信頼度衛星を選択し、この高信頼度衛星の観測擬似距離及び観測ドップラ周波数を獲得する。
また、高信頼度衛星の位置、速度及び受信機の位置、速度に基づいて、今回の擬似距離及びドップラ周波数を予測し、これらに基づき前記(20)、(21)式から測定誤差の観測値を設定し、カルマンフィルタ処理を行って、測定誤差の推定値を算出する。
On the other hand, when absolute positioning information by radio navigation can be obtained but the reliability is determined to be relatively low, or when four or more satellites cannot be captured and positioning calculation cannot be performed. Shifts from step S3 to step S5, selects a high-reliability satellite from the captured satellites based on the correlation value of the PN code and the elevation angle of the satellite, and sets the observation pseudorange and observation Doppler frequency of this high-reliability satellite. To win.
Further, based on the position and speed of the high-reliability satellite and the position and speed of the receiver, the present pseudorange and Doppler frequency are predicted, and based on these, the observed value of the measurement error from the equations (20) and (21). And Kalman filter processing is performed to calculate an estimated value of measurement error.
そして、この測定誤差の推定値により、自律航法により得た測位結果を補正し、補正後の測位結果を、測位装置10本体の測位結果として出力する。また、測定誤差の推定値に基づいて、自律航法による測位結果を補正しこれを今回の測位結果として記憶すると共に、角速度センサ2や加速度センサ3の測定誤差の推定値を所定の記憶領域に記憶する。
この処理を、電波航法による測位結果が比較的低信頼度である間、或いは、4個以上の衛星を捕捉することができず自律航法による測位結果を得ることができない間、繰り返し行う。
Then, the positioning result obtained by the autonomous navigation is corrected by the estimated value of the measurement error, and the corrected positioning result is output as the positioning result of the
This process is repeated while the positioning result by radio navigation is relatively low in reliability, or while four or more satellites cannot be captured and the positioning result by autonomous navigation cannot be obtained.
ここで、前記カルマンフィルタ処理では、前記(20)及び(21)式に示すように、測定値として、高信頼度衛星からの観測擬似距離及び観測ドップラ周波数と、自律航法による測位結果に基づき算出した予測擬似距離及び予測ドップラ周波数との差を、観測値として用いており、高信頼度衛星の数をnとすると、2n×1の行列で構成される。前述のように、電波航法により高信頼度な測位結果を得ることができる場合には、測位結果レベルのフィルタモードでの測位演算を行うから、高信頼度衛星であると判定される衛星の数は、ある程度制限される。したがって、前記観測値Yは、比較的サイズの小さな行列で表されることになる。 Here, in the Kalman filter processing, as shown in the equations (20) and (21), the measurement values are calculated based on the observation pseudorange and observation Doppler frequency from the high-reliability satellite and the positioning result by autonomous navigation. The difference between the predicted pseudorange and the predicted Doppler frequency is used as an observed value, and if the number of high-reliability satellites is n, the matrix is composed of 2n × 1. As described above, when highly reliable positioning results can be obtained by radio navigation, the positioning calculation is performed in the filter mode of the positioning result level, so the number of satellites determined to be highly reliable satellites. Is limited to some extent. Therefore, the observed value Y is represented by a relatively small matrix.
このため、この観測情報レベルのフィルタモードの場合も、観測値Yとして、比較的サイズの小さい行列を用いているから、カルマンフィルタ処理を実行する際の演算処理装置4での処理負荷を低減することができる。
また、このとき、捕捉衛星のうち、高信頼度衛星と判断した衛星からの精度の高い観測擬似距離及び観測ドップラ周波数を利用して測定誤差の観測値Yを設定しているから、より誤差の少ない測定誤差の観測値を用いて測定誤差を推定することができる。したがって、このようにして推定した誤差のより少ない測定誤差を用いて、自律航法による測位結果を補正することで、より的確な、測位装置10本体の測位結果を得ることができる。特に、マルチパスの影響を受けた場合には精度が大幅に低下するが、上述のように高信頼度衛
星と判断した衛星の観測擬似距離及び観測ドップラ周波数を利用することによって、より的確な測位結果を得ることができる。
For this reason, also in this observation information level filter mode, since a matrix with a relatively small size is used as the observation value Y, the processing load on the arithmetic processing unit 4 when executing the Kalman filter processing is reduced. Can do.
At this time, since the observation error value Y is set using the observation pseudorange and the observation Doppler frequency with high accuracy from the satellites that are determined to be high reliability among the acquisition satellites, the error is further improved. The measurement error can be estimated using the observation value with a small measurement error. Therefore, a more accurate positioning result of the
また、高信頼度衛星がない場合には、観測値Yを設定することができないため、カルマンフィルタ処理では予測モードだけで誤差推定を行わざるを得ないが、上述のように、GPS/QZSS受信機1では、GPS衛星だけでなく、QZSS衛星からの電波も受信する。前記QZSS衛星は、常に日本の天頂付近に存在する仰角70度以上の位置に存在する衛星であって、マルチパスの影響の少ない高信頼度衛星であるから、少なくとも高信頼度衛星が1つは存在することになる。 In addition, when there is no high-reliability satellite, the observation value Y cannot be set. Therefore, in the Kalman filter processing, error estimation must be performed only in the prediction mode. However, as described above, the GPS / QZSS receiver 1 receives not only GPS satellites but also radio waves from QZSS satellites. The QZSS satellite is a satellite with an elevation angle of 70 degrees or more that is always present near the zenith in Japan, and is a highly reliable satellite that is less affected by multipath. Therefore, at least one highly reliable satellite is present. Will exist.
したがって、仮に、高信頼度衛星であるGPS衛星が存在しない場合であっても、必ず1つは高信頼度衛星(QZSS衛星)が存在し、その電波を受信することができるから、高信頼度衛星からのより適切な観測擬似距離及び観測ドップラ周波数を獲得することができる。
したがって、これらの、より適切な観測擬似距離及び観測ドップラ周波数を用いることによって、より適切に測定誤差の推定を行うことができる。よって、この測定誤差を用いて、自律航法による測位結果を補正することで、より誤差の少ない測位結果を得ることができる。
Therefore, even if there is no GPS satellite that is a high-reliability satellite, one high-reliability satellite (QZSS satellite) is always present and can receive radio waves. A more appropriate observation pseudorange and observation Doppler frequency from the satellite can be obtained.
Therefore, measurement errors can be estimated more appropriately by using these more appropriate observation pseudoranges and observation Doppler frequencies. Therefore, by using this measurement error to correct the positioning result by autonomous navigation, a positioning result with less error can be obtained.
なお、上記実施の形態においては、GPS衛星及びQZSS衛星からの電波を受信する場合について説明したが、例えば、GPS衛星からの電波のみを受信する場合であっても適用することができ、この場合も上記と同等の作用効果を得ることができる。また、QZSS衛星を利用しない場合には、GPS衛星からの電波の受信状況によっては高信頼度衛星が一つも存在しない場合がある。高信頼度衛星ではない衛星からの受信信号に基づく測位演算を行った場合、その測位精度は低下する。このため、このように高信頼度衛星を確保することができない場合には観測値は用いずに、カルマンフィルタ処理において予測モードのみにより測定誤差の推定を行うようにしてもよく、或いは、多少測位精度が低下する可能性があるが、捕捉衛星のうち、信頼度が比較的高い衛星からの受信信号を用いて観測値を設定するようにしてもよく、運用状況に応じて選択すればよい。 In the above embodiment, the case of receiving radio waves from GPS satellites and QZSS satellites has been described. However, for example, the present invention can be applied even when receiving radio waves from GPS satellites. Also, the same effect as above can be obtained. When the QZSS satellite is not used, there may be no high-reliability satellite depending on the reception status of the radio wave from the GPS satellite. When positioning calculation based on a received signal from a satellite that is not a high-reliability satellite is performed, the positioning accuracy decreases. For this reason, when a highly reliable satellite cannot be secured in this way, the measurement error may be estimated by using only the prediction mode in the Kalman filter processing without using the observation value, or the positioning accuracy may be somewhat However, the observation value may be set using a received signal from a satellite with a relatively high reliability among the captured satellites, and may be selected according to the operation status.
ここで、上記実施の形態において、図3の測位演算部11が電波航法測位手段に対応し、図2のステップS5の処理が高信頼度衛星選択手段に対応し、図4の測位演算部21が相対関係観測手段に対応し、図3及び図4の自律センサナビゲーション12及び22が自律航法測位手段に対応し、図3及び図4のカルマンフィルタ13及び23が測定誤差推定手段に対応し、図3及び図4の補正部14及び24が補正手段に対応している。また、図2のステップS2及びステップS3の処理が高信頼度判定手段に対応し、ステップS4の処理が第1の測定誤差推定手段に対応し、ステップS6の処理が第2の測定誤差推定手段に対応している。
Here, in the above embodiment, the
また、図4の自律センサナビゲーション22で、予測擬似距離及び予測ドップラ周波数を算出する処理が相対関係予測手段に対応している。
In the
1 GPS/QZSS受信機、2 角速度センサ、3 加速度センサ、4 演算処理装置、11、21 測位演算部、 12、22 自律センサナビゲーション、13、23 カルマンフィルタ、14、24 補正部 1 GPS / QZSS receiver, 2 angular velocity sensor, 3 acceleration sensor, 4 arithmetic processing unit, 11, 21 positioning operation unit, 12, 22 autonomous sensor navigation, 13, 23 Kalman filter, 14, 24 correction unit
Claims (7)
衛星電波の受信パワー及びその衛星の仰角に基づいて高信頼度衛星を選択する高信頼度衛星選択手段と、
当該高信頼度衛星選択手段で選択された高信頼度衛星からの衛星電波を用いて前記受信機と前記高信頼度衛星との間の擬似距離及び前記高信頼度衛星のドップラ周波数を測定する相対関係観測手段と、
自律航法により前記受信機の測位を行う自律航法測位手段と、
前記電波航法測位手段で得た前記絶対測位情報及び前記相対関係観測手段で測定した相対関係観測値を用いて前記自律航法測位手段の測位情報の測定誤差を推定する測定誤差推定手段と、
当該測定誤差推定手段で推定した測定誤差を用いて前記自律航法測位手段の測位情報を補正して前記受信機の測定位置を得る補正手段と、を備えた測位装置であって、
前記測定誤差推定手段は、前記受信機の測位状況に基づいて前記絶対測位情報が高信頼度であるかどうかを判定する高信頼度判定手段と、
当該高信頼度判定手段で前記絶対測位情報が高信頼度であると判定されるとき、前記絶対測位情報を用いて前記測定誤差を推定する第1の測定誤差推定手段と、
前記高信頼度判定手段で前記絶対測位情報が高信頼度ではないと判定されるとき、前記相対関係観測値を用いて前記測定誤差を推定する第2の測定誤差推定手段と、を備えることを特徴とする測位装置。 Radio navigation positioning means that performs positioning by radio navigation using satellite radio waves from a plurality of satellites, and obtains absolute positioning information including the absolute position and velocity of the receiver;
High-reliability satellite selection means for selecting a high-reliability satellite based on the reception power of the satellite radio wave and the elevation angle of the satellite;
Relative to measure the pseudo-range between the receiver and the high-reliability satellite and the Doppler frequency of the high-reliability satellite using satellite radio waves from the high-reliability satellite selected by the high-reliability satellite selection means Relationship observation means,
Autonomous navigation positioning means for positioning the receiver by autonomous navigation;
A measurement error estimating means for estimating a measurement error of the positioning information of the autonomous navigation positioning means using the absolute positioning information obtained by the radio navigation positioning means and a relative relation observation value measured by the relative relation observation means;
A correction device comprising: correction means for correcting the positioning information of the autonomous navigation positioning means using the measurement error estimated by the measurement error estimation means to obtain the measurement position of the receiver,
The measurement error estimation means is a high reliability determination means for determining whether or not the absolute positioning information is high reliability based on the positioning status of the receiver;
A first measurement error estimating unit that estimates the measurement error using the absolute positioning information when the absolute positioning information is determined to be high reliability by the high reliability determination unit;
A second measurement error estimating unit configured to estimate the measurement error using the relative observation value when the absolute positioning information is determined not to be high reliability by the high reliability determination unit. A unique positioning device.
前記絶対測位情報及び前記相対関係観測値を、前記カルマンフィルタにおける観測方程式の観測値として用いることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の測位装置。 The measurement error estimation means estimates the measurement error using a Kalman filter,
3. The positioning device according to claim 1, wherein the absolute positioning information and the relative relation observation value are used as observation values of an observation equation in the Kalman filter.
前記第1の測定誤差推定手段は、前記電波航法測位手段で測定した絶対位置及び絶対速度と、前記自律航法測位手段で測定した測定位置及び測定速度との差を前記観測値とすることを特徴とする請求項3記載の測位装置。 The autonomous navigation positioning means measures the position and speed of the receiver,
The first measurement error estimating means uses a difference between an absolute position and an absolute velocity measured by the radio navigation positioning means and a measurement position and a measurement speed measured by the autonomous navigation positioning means as the observed value. The positioning device according to claim 3.
前記自律航法測位手段の測位情報と前記高信頼度衛星からの衛星電波に含まれる高信頼度衛星の位置情報とに基づいて前記受信機と前記高信頼度衛星との間の擬似距離及び前記高信頼度衛星のドップラ周波数を予測する相対関係予測手段を備え、
前記高信頼度衛星の、前記相対関係観測手段で測定した擬似距離と前記相対関係予測手段で予測した擬似距離との差を前記擬似距離の観測方程式の観測値とし、且つ前記相対関係観測手段で測定したドップラ周波数と前記相対関係予測手段で予測したドップラ周波数との差を前記ドップラ周波数の観測方程式の観測値とすることを特徴とする請求項3又は請求項4記載の測位装置。 The second position error estimation means estimates the measurement error individually using the pseudorange observation equation and the Doppler frequency observation equation,
Based on the positioning information of the autonomous navigation positioning means and the position information of the high reliability satellite included in the satellite radio wave from the high reliability satellite, the pseudo distance between the receiver and the high reliability satellite and the high A relative relationship prediction means for predicting the Doppler frequency of the reliability satellite is provided.
The difference between the pseudorange measured by the relative relationship observation unit of the high reliability satellite and the pseudorange predicted by the relative relationship prediction unit is set as an observation value of the observation equation of the pseudorange, and the relative relationship observation unit 5. The positioning device according to claim 3, wherein a difference between the measured Doppler frequency and the Doppler frequency predicted by the relative relationship predicting means is used as an observation value of the observation equation of the Doppler frequency.
前記受信機の測位状況に基づき、前記絶対測位情報が高信頼度であるかどうかを判定し、
前記絶対測位情報が高信頼度であると判定されるときには前記絶対測位情報を用いて前記測定誤差を推定し、
前記絶対測位情報が高信頼度ではないと判定されるときには前記擬似距離及び前記ドップラ周波数を用いて前記測定誤差を推定することを特徴とする測位方法。 Absolute positioning information including absolute position and absolute velocity of a receiver measured using satellite radio waves from a plurality of satellites, and the receiver and high reliability satellites calculated using satellite radio waves from a high reliability satellite The measurement error of the positioning information by autonomous navigation is estimated using the pseudo-range between and the Doppler frequency of the high-reliability satellite, and the positioning information by the autonomous navigation is corrected using the estimated measurement error and the reception is performed. A positioning method for obtaining the measurement position of the machine,
Based on the positioning status of the receiver, determine whether the absolute positioning information is highly reliable,
When the absolute positioning information is determined to be highly reliable, the measurement error is estimated using the absolute positioning information,
A positioning method characterized by estimating the measurement error using the pseudorange and the Doppler frequency when it is determined that the absolute positioning information is not highly reliable.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006072299A JP4830559B2 (en) | 2006-03-16 | 2006-03-16 | Positioning device and positioning method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006072299A JP4830559B2 (en) | 2006-03-16 | 2006-03-16 | Positioning device and positioning method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007248271A true JP2007248271A (en) | 2007-09-27 |
JP4830559B2 JP4830559B2 (en) | 2011-12-07 |
Family
ID=38592741
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006072299A Expired - Fee Related JP4830559B2 (en) | 2006-03-16 | 2006-03-16 | Positioning device and positioning method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4830559B2 (en) |
Cited By (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009092540A (en) * | 2007-10-10 | 2009-04-30 | Seiko Epson Corp | Positioning method, program, positioning apparatus, and electronic device |
JP2009092541A (en) * | 2007-10-10 | 2009-04-30 | Seiko Epson Corp | Positioning method, program, positioning apparatus, and electronic device |
JP2009128055A (en) * | 2007-11-20 | 2009-06-11 | Furuno Electric Co Ltd | Abnormal satellite detector and positioning apparatus |
JP2009156734A (en) * | 2007-12-27 | 2009-07-16 | Seiko Epson Corp | Positioning method, program, positioning device, and electronic device |
JP2009276237A (en) * | 2008-05-15 | 2009-11-26 | Toyota Motor Corp | Vehicle position detector and vehicle position detection method |
JP2010145178A (en) * | 2008-12-17 | 2010-07-01 | Toyota Motor Corp | Moving body position specification device |
JP2012177705A (en) * | 2012-05-01 | 2012-09-13 | Toyota Motor Corp | Apparatus and method for detecting vehicle position |
JP5061264B1 (en) * | 2012-03-23 | 2012-10-31 | 国立大学法人 千葉大学 | Small attitude sensor |
JP2012237606A (en) * | 2011-05-10 | 2012-12-06 | Seiko Epson Corp | Position calculation method and position calculation device |
JP2013044570A (en) * | 2011-08-22 | 2013-03-04 | Ono Sokki Co Ltd | Mobile body lateral flow amount measurement device and method |
JP2013044562A (en) * | 2011-08-22 | 2013-03-04 | Ono Sokki Co Ltd | Road surface gradient calculation device and method |
JP2013108961A (en) * | 2011-11-24 | 2013-06-06 | Toyota Central R&D Labs Inc | Positioning device and program |
JP2013140158A (en) * | 2012-01-04 | 2013-07-18 | Nike Internatl Ltd | Athletic watch |
JP2014149573A (en) * | 2013-01-31 | 2014-08-21 | Denso Corp | Inter-vehicle distance computation device |
JP2015042299A (en) * | 2009-04-26 | 2015-03-05 | ナイキ イノベイト セー. フェー. | Gps feature and functionality of athletic watch system |
JP2015125119A (en) * | 2013-12-27 | 2015-07-06 | 日本電気株式会社 | Satellite positioning system, positioning terminal, positioning method and program |
US9141087B2 (en) | 2009-04-26 | 2015-09-22 | Nike, Inc. | Athletic watch |
WO2019037226A1 (en) * | 2017-08-22 | 2019-02-28 | Huawei Technologies Co., Ltd. | System, method, and processor-readable medium for autonomous vehicle reliability assessment |
JP2019039696A (en) * | 2017-08-22 | 2019-03-14 | 株式会社エンルート | Unmanned air vehicle and positioning method by unmanned air vehicle |
CN110226108A (en) * | 2017-01-30 | 2019-09-10 | 三菱电机株式会社 | Positioning device and localization method |
CN111221334A (en) * | 2020-01-17 | 2020-06-02 | 清华大学 | Environmental sensor simulation method for simulating automatic driving automobile |
JP2020109422A (en) * | 2020-03-31 | 2020-07-16 | セイコーエプソン株式会社 | Positioning control method and positioning device |
WO2022174756A1 (en) * | 2021-02-22 | 2022-08-25 | 腾讯科技(深圳)有限公司 | Method for vehicle positioning, related apparatus, device, and storage medium |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04142480A (en) * | 1990-10-03 | 1992-05-15 | Mitsubishi Electric Corp | Navigation device for moving body |
JPH04353784A (en) * | 1991-05-31 | 1992-12-08 | Sony Corp | Navigation device |
JPH07301541A (en) * | 1994-05-06 | 1995-11-14 | Hitachi Ltd | Navigation device |
JPH0868654A (en) * | 1994-08-31 | 1996-03-12 | Nippondenso Co Ltd | Current position detector for vehicle |
JPH11325925A (en) * | 1998-05-18 | 1999-11-26 | Sony Corp | Position correcting method of navigator |
JP2006017735A (en) * | 2005-07-06 | 2006-01-19 | Mitsubishi Electric Corp | Mobile information terminal having position measuring system |
-
2006
- 2006-03-16 JP JP2006072299A patent/JP4830559B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04142480A (en) * | 1990-10-03 | 1992-05-15 | Mitsubishi Electric Corp | Navigation device for moving body |
JPH04353784A (en) * | 1991-05-31 | 1992-12-08 | Sony Corp | Navigation device |
JPH07301541A (en) * | 1994-05-06 | 1995-11-14 | Hitachi Ltd | Navigation device |
JPH0868654A (en) * | 1994-08-31 | 1996-03-12 | Nippondenso Co Ltd | Current position detector for vehicle |
JPH11325925A (en) * | 1998-05-18 | 1999-11-26 | Sony Corp | Position correcting method of navigator |
JP2006017735A (en) * | 2005-07-06 | 2006-01-19 | Mitsubishi Electric Corp | Mobile information terminal having position measuring system |
Cited By (36)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009092540A (en) * | 2007-10-10 | 2009-04-30 | Seiko Epson Corp | Positioning method, program, positioning apparatus, and electronic device |
JP2009092541A (en) * | 2007-10-10 | 2009-04-30 | Seiko Epson Corp | Positioning method, program, positioning apparatus, and electronic device |
JP2009128055A (en) * | 2007-11-20 | 2009-06-11 | Furuno Electric Co Ltd | Abnormal satellite detector and positioning apparatus |
JP2009156734A (en) * | 2007-12-27 | 2009-07-16 | Seiko Epson Corp | Positioning method, program, positioning device, and electronic device |
JP2009276237A (en) * | 2008-05-15 | 2009-11-26 | Toyota Motor Corp | Vehicle position detector and vehicle position detection method |
JP2010145178A (en) * | 2008-12-17 | 2010-07-01 | Toyota Motor Corp | Moving body position specification device |
US9977405B2 (en) | 2009-04-26 | 2018-05-22 | Nike, Inc. | Athletic watch |
US10824118B2 (en) | 2009-04-26 | 2020-11-03 | Nike, Inc. | Athletic watch |
US11092459B2 (en) | 2009-04-26 | 2021-08-17 | Nike, Inc. | GPS features and functionality in an athletic watch system |
US10564002B2 (en) | 2009-04-26 | 2020-02-18 | Nike, Inc. | GPS features and functionality in an athletic watch system |
US10429204B2 (en) | 2009-04-26 | 2019-10-01 | Nike, Inc. | GPS features and functionality in an athletic watch system |
US9141087B2 (en) | 2009-04-26 | 2015-09-22 | Nike, Inc. | Athletic watch |
US9891596B2 (en) | 2009-04-26 | 2018-02-13 | Nike, Inc. | Athletic watch |
US9864342B2 (en) | 2009-04-26 | 2018-01-09 | Nike, Inc. | Athletic watch |
JP2015042299A (en) * | 2009-04-26 | 2015-03-05 | ナイキ イノベイト セー. フェー. | Gps feature and functionality of athletic watch system |
US9785121B2 (en) | 2009-04-26 | 2017-10-10 | Nike, Inc. | Athletic watch |
US9122250B2 (en) | 2009-04-26 | 2015-09-01 | Nike, Inc. | GPS features and functionality in an athletic watch system |
JP2012237606A (en) * | 2011-05-10 | 2012-12-06 | Seiko Epson Corp | Position calculation method and position calculation device |
JP2013044570A (en) * | 2011-08-22 | 2013-03-04 | Ono Sokki Co Ltd | Mobile body lateral flow amount measurement device and method |
JP2013044562A (en) * | 2011-08-22 | 2013-03-04 | Ono Sokki Co Ltd | Road surface gradient calculation device and method |
JP2013108961A (en) * | 2011-11-24 | 2013-06-06 | Toyota Central R&D Labs Inc | Positioning device and program |
KR101467966B1 (en) * | 2012-01-04 | 2014-12-02 | 나이키 이노베이트 씨.브이. | Athletic watch |
JP2013140158A (en) * | 2012-01-04 | 2013-07-18 | Nike Internatl Ltd | Athletic watch |
JP5061264B1 (en) * | 2012-03-23 | 2012-10-31 | 国立大学法人 千葉大学 | Small attitude sensor |
JP2012177705A (en) * | 2012-05-01 | 2012-09-13 | Toyota Motor Corp | Apparatus and method for detecting vehicle position |
JP2014149573A (en) * | 2013-01-31 | 2014-08-21 | Denso Corp | Inter-vehicle distance computation device |
US10564295B2 (en) | 2013-12-27 | 2020-02-18 | Nec Corporation | Global navigation satellite system, positioning terminal, positioning method, and recording medium |
JP2015125119A (en) * | 2013-12-27 | 2015-07-06 | 日本電気株式会社 | Satellite positioning system, positioning terminal, positioning method and program |
CN110226108A (en) * | 2017-01-30 | 2019-09-10 | 三菱电机株式会社 | Positioning device and localization method |
CN110226108B (en) * | 2017-01-30 | 2023-06-02 | 三菱电机株式会社 | Positioning device and positioning method |
JP2019039696A (en) * | 2017-08-22 | 2019-03-14 | 株式会社エンルート | Unmanned air vehicle and positioning method by unmanned air vehicle |
US10831190B2 (en) | 2017-08-22 | 2020-11-10 | Huawei Technologies Co., Ltd. | System, method, and processor-readable medium for autonomous vehicle reliability assessment |
WO2019037226A1 (en) * | 2017-08-22 | 2019-02-28 | Huawei Technologies Co., Ltd. | System, method, and processor-readable medium for autonomous vehicle reliability assessment |
CN111221334A (en) * | 2020-01-17 | 2020-06-02 | 清华大学 | Environmental sensor simulation method for simulating automatic driving automobile |
JP2020109422A (en) * | 2020-03-31 | 2020-07-16 | セイコーエプソン株式会社 | Positioning control method and positioning device |
WO2022174756A1 (en) * | 2021-02-22 | 2022-08-25 | 腾讯科技(深圳)有限公司 | Method for vehicle positioning, related apparatus, device, and storage medium |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4830559B2 (en) | 2011-12-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4830559B2 (en) | Positioning device and positioning method | |
JP5270184B2 (en) | Satellite navigation / dead reckoning integrated positioning system | |
JP4655139B2 (en) | Mobile positioning device | |
US8860609B2 (en) | Loosely-coupled integration of global navigation satellite system and inertial navigation system | |
US8035554B2 (en) | Device for measuring a position of a mobile station | |
US20110181466A1 (en) | Receiver and method for authenticating satellite signals | |
EP2108923A2 (en) | Mobile terminal having a hybrid navigation system, method for determining a location thereof, and computer-readable recording medium recording the method | |
WO2014002210A1 (en) | Positioning device | |
JP2009098125A (en) | System and method for gyrocompass alignment using dynamically calibrated sensor data and iterative extended kalman filter within navigation system | |
EP3226034A1 (en) | Improved gnss receiver using velocity integration | |
WO2006132003A1 (en) | Gps reception device and gps positioning correction method | |
JP5164546B2 (en) | Positioning method | |
US20120218142A1 (en) | Reporting of Last Acquired Position During Gap of Satellite Reception for GNSS Systems | |
US7119742B2 (en) | Method and apparatus for estimating position utilizing GPS satellite signal | |
JP2017111112A (en) | Ppp and magnetic compass integration system for compensating phase wind-up of receiver in gnss base buoy for measuring long period wave height (ppp and magnetic compass integration system for measuring of long period wave in buoy's wind-up) | |
CN113631883A (en) | Vehicle positioning device | |
JP2009229065A (en) | Positioning apparatus for moving body | |
JP5352492B2 (en) | Positioning device and program | |
JP5341459B2 (en) | Positioning device | |
WO2020149014A1 (en) | Satellite selection device and program | |
JP2011179894A (en) | Positioning method, positioning program, gnss receiver, and mobile terminal | |
JP5962397B2 (en) | Reliability deriving device, navigation device, and reliability deriving method | |
JP2019168257A (en) | Moving body information estimation device and program | |
JP4518096B2 (en) | Mobile positioning device | |
JP2014153113A (en) | Velocity estimation device and program |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090218 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110526 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110607 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110802 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110823 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110905 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4830559 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140930 Year of fee payment: 3 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |