JP2019045499A - Positioning device, positioning method, positioning program, positioning program storage media, application device, and positioning system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、GNSSの測位信号を用いて単独測位を行う測位技術に関する。 The present invention relates to a positioning technique for performing single positioning using a GNSS positioning signal.
従来、単独測位を行う測位装置が各種考案されている。例えば、特許文献1に示すように、測位装置は、GPS(Global Positioning System)等のGNSS(Grobal Navigation Satellite Systems)の測位信号を受信し、擬似距離や搬送波位相積算値を用いて、位置の推定演算を行う。 Conventionally, various positioning devices for performing single positioning have been devised. For example, as shown in Patent Document 1, the positioning device receives a positioning signal of GNSS (Global Positioning Satellite Systems) such as GPS (Global Positioning System), and estimates a position using a pseudo distance and a carrier phase integrated value. Perform an operation.
この際、測位装置は、特許文献1に示すようなカルマンフィルタを用いて、位置の推定演算を行う。そして、カルマンフィルタを用いる従来の方法では、電離層遅延および対流圏遅延等の誤差要因によって、位置の推定精度が低下してしまう。このような電離層遅延および対流圏遅延等の誤差要因を、観測方程式から消去するため、従来では、測位装置は、衛星間一重位相差、受信機間一重位相差、または、衛星と受信機の二重位相差を用いていた。 At this time, the positioning device performs a position estimation operation using a Kalman filter as shown in Patent Document 1. And in the conventional method using a Kalman filter, position estimation accuracy will fall by error factors, such as ionospheric delay and troposphere delay. Conventionally, in order to eliminate such error factors such as ionospheric delay and troposphere delay from the observation equation, the positioning apparatus conventionally uses a single phase difference between satellites, a single phase difference between receivers, or double satellites and receivers. The phase difference was used.
しかしながら、従来の構成および方法では、対となる複数の測位衛星から測位信号を継続的に受信する必要があったり、複数の受信機(アンテナ)を必要とする。 However, in the conventional configuration and method, it is necessary to continuously receive positioning signals from a plurality of paired positioning satellites, or require a plurality of receivers (antennas).
したがって、本発明の目的は、対となる複数の測位衛星からの測位信号を継続的に受信する必要が無く、少なくとも1つの受信機(アンテナ)によって、高精度な測位を実現する測位装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a positioning device which realizes high-accuracy positioning by at least one receiver (antenna) without the need to continuously receive positioning signals from a plurality of paired positioning satellites. It is to do.
この発明の測位装置は、受信部、および、測位演算部を備える。受信部は、複数時刻において受信した測位信号の擬似距離および搬送波位相積算値を検出する。測位演算部は、擬似距離の時間差分値および搬送波位相積算値の時間差分値を算出する。測位演算部は、時間差分値を用いて、観測方程式および状態方程式を設定する。測位演算部は、観測方程式と状態方程式とを用いたフィルタ演算を実行することによって測位を行う。 A positioning device according to the present invention includes a receiving unit and a positioning operation unit. The receiver detects a pseudorange and a carrier phase integrated value of the positioning signal received at a plurality of times. The positioning operation unit calculates the time difference value of the pseudo range and the time difference value of the carrier phase integrated value. The positioning operation unit sets the observation equation and the state equation using the time difference value. The positioning operation unit performs positioning by performing filter operation using the observation equation and the state equation.
この構成では、少なくとも1つの測位信号を複数の時刻で受信できていれば、観測方程式に含まれる未知数が少なくなり、測位精度が向上する。 In this configuration, if at least one positioning signal can be received at a plurality of times, the number of unknowns included in the observation equation decreases, and the positioning accuracy improves.
また、この発明の測位装置は、次の構成であってもよい。測位演算部は、移動体の測位を行う場合に、前記測位する位置を、WGS座標系から局地水平座標系へ座標変換する。測位演算部は、水平方向の動的モデルには、加速度の1次マルコフモデルを適用し、高さ方向の動的モデルには、速度の1次マルコフモデルを適用する。 Further, the positioning device of the present invention may have the following configuration. The positioning operation unit coordinates-converts the position to be measured from the WGS coordinate system to the local horizontal coordinate system when performing positioning of the moving body. The positioning operation unit applies a first-order Markov model of acceleration to the horizontal dynamic model, and applies a first-order Markov model of velocity to the dynamic model in the height direction.
この構成では、移動体に対する状態方程式が、より適切に設定される。 In this configuration, the equation of state for the mobile is set more appropriately.
また、この発明の測位装置は、次の構成であってもよい。測位演算部は、水平方向の動的モデルに速度の項を含み、速度を、測位対象の速度として出力する。 Further, the positioning device of the present invention may have the following configuration. The positioning operation unit includes a speed term in the horizontal dynamic model, and outputs the speed as the speed of the positioning target.
この構成では、位置とともに速度が算出される。 In this configuration, the velocity is calculated along with the position.
また、この発明の測位装置は、次の構成であってもよい。測位演算部は、時間差分値算出部、二重差分値算出部、および、異常検出部を備える。時間差分値算出部は、擬似距離の時間差分値を複数時刻で算出する。二重差分値算出部は、複数時刻の擬似距離の時間差分値に対する二重時間差分値を算出する。異常検出部は、二重時間差分値が異常検出用閾値以上であれば、測位信号の受信の異常を検出する。 Further, the positioning device of the present invention may have the following configuration. The positioning operation unit includes a time difference value calculation unit, a double difference value calculation unit, and an abnormality detection unit. The time difference value calculation unit calculates the time difference value of the pseudo distance at a plurality of times. The double difference value calculation unit calculates a double time difference value with respect to time difference values of pseudo distances at a plurality of times. The abnormality detection unit detects an abnormality in reception of the positioning signal if the dual time difference value is equal to or more than the abnormality detection threshold.
この構成では、観測異常、すなわち、測位信号の受信の異常が、容易に検出される。 In this configuration, an observation abnormality, that is, an abnormality in reception of a positioning signal is easily detected.
また、この発明のアプリケーション装置は、上述のいずれかに記載の測位装置の各構成と、アプリケーション処理部と、を備える。アプリケーション処理部は、測位演算部で算出された位置を用いたアプリケーション情報を生成する。 Furthermore, an application device of the present invention includes each component of the positioning device described in any of the above and an application processing unit. The application processing unit generates application information using the position calculated by the positioning operation unit.
この構成では、高精度な測位結果が得られることよって、より適切なアプリケーション情報が生成される。 In this configuration, more accurate application information can be generated by obtaining highly accurate positioning results.
また、この発明の測位システムは、基地局と測位衛星とを備える。基地局は、上述のいずれかに記載の測位装置の各構成、および、測位結果を用いて衛星軌道情報の補正情報を生成する補正情報生成部を備える。測位衛星は、補正情報生成部からの補正情報を測位信号とともに送信する。 The positioning system of the present invention also includes a base station and a positioning satellite. The base station includes each configuration of the positioning device described in any of the above and a correction information generation unit that generates correction information of satellite orbit information using the positioning result. The positioning satellite transmits the correction information from the correction information generation unit together with the positioning signal.
この構成では、高精度な補正情報が得られることによって、より高精度な測位が可能になる。 In this configuration, by obtaining highly accurate correction information, more accurate positioning becomes possible.
この発明によれば、極簡素な構成および処理によって、高精度な測位を実現できる。 According to the present invention, highly accurate positioning can be realized by the extremely simple configuration and processing.
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、図を参照して説明する。図1(A)は、本発明の実施形態に係る測位装置の構成を示すブロック図であり、図1(B)は測位演算部の構成を示すブロック図である。 A positioning device and a positioning method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a block diagram showing the configuration of a positioning device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a block diagram showing the configuration of a positioning operation unit.
図1(A)に示すように、測位装置10は、受信部30、測位演算部40、および、記憶部50を備える。受信部30および測位演算部40は、それぞれに、1または複数の半導体素子やICによって実現されている。なお、受信部30および測位演算部40は、情報処理装置と該情報処理装置によって実行されるプログラムによって実現できる。記憶部50は、磁気デバイスや半導体デバイス等の既知の記憶媒体によって実現されている。なお、記憶部50が半導体デバイスである場合には、記憶部50は、測位演算部40に含まれる構成であってもよい。
As shown in FIG. 1A, the
受信部30は、アンテナ20に接続されている。なお、アンテナ20を測位装置10に含めてもよい。
The
アンテナ20は、複数の測位衛星SAT(図1では1つの測位衛星のみを図示しており、他の測位衛星の図示は省略している。)からの測位信号SSを受信し、受信部30に出力する。測位信号SSとは、例えば、既知のGPS(Grobal Positioning System)信号等のGNSS(Grobal Navigation Satellite Systems)で用いられる測位信号である。
The
受信部30は、測位信号SSを捕捉、追尾して、測位信号SSの擬似距離ρおよび搬送波位相積算値Φを検出する。受信部30は、複数の時刻において、測位信号SSの擬似距離ρおよび搬送波位相積算値Φを検出する。受信部30は、各時刻での擬似距離ρおよび搬送波位相積算値Φを、測位演算部40に出力する。
The receiving
測位演算部40は、擬似距離ρおよび搬送波位相積算値Φを記憶部50に記憶する。図1(B)に示すように、測位演算部40は、時間差分値算出部41とフィルタ演算部42とを備える。時間差分値算出部41は、複数時刻の擬似距離ρの差分値(時間差分値)Δρを算出する。時間差分値算出部41は、同じ複数時刻の搬送波位相積算値Φの差分値(時間差分値)ΔΦを算出する。
The
フィルタ演算部42は、擬似距離ρの時間差分値Δρと、搬送波位相積算値Φの時間差分値ΔΦとを用いて、次に示す原理に則して状態方程式と観測方程式とを設定し、カルマンフィルタ処理を実行する。これにより、観測方程式に含まれる電離層遅延、対流圏遅延等の未知数は無くなり、測位精度が向上する。
The
なお、以下では、測位信号としてGPS信号のL1信号を用いる場合を、一例として説明する。 In addition, below, the case where L1 signal of a GPS signal is used as a positioning signal is demonstrated as an example.
時刻tでの擬似距離ρ(t)の観測モデルは、次の(式1)で表される。この観測モデルは、複数の測位衛星SATのそれぞれに対して個別に設定される。 The observation model of the pseudo distance ((t) at time t is expressed by the following (Expression 1). This observation model is individually set for each of the plurality of positioning satellites SAT.
ρ(t)=r(t)+δI(t)+δT(t)+cδt(t)
+δbCA+eCA(t) (式1)
(式1)において、r(t)は測位装置10と測位衛星SATとの幾何学距離であり、δI(t)は電離層遅延であり、δT(t)は対流圏遅延であり、δt(t)は測位装置10および測位衛星SATの時計誤差であり、δbCAは測位装置10および測位衛星SATのコードに対するバイアス誤差であり、eCA(t)は観測誤差である。また、cは光速である。
ρ (t) = r (t) + δI (t) + δT (t) + cδt (t)
+ Δ b CA + e CA (t) (Equation 1)
In equation (1), r (t) is the geometrical distance between the
また、時刻tでの搬送波位相積算値Φ(t)の観測モデルは、次の(式2)で表される。この観測モデルは、複数の測位衛星SATのそれぞれに対して個別に設定される。 Further, the observation model of the carrier phase integrated value ((t) at time t is expressed by the following (Equation 2). This observation model is individually set for each of the plurality of positioning satellites SAT.
Φ(t)=r(t)−δI(t)+δT(t)+cδt(t)
+δbL1+λN+λεL1(t) (式2)
(式2)において、r(t)は測位装置10と測位衛星SATとの幾何学距離であり、δI(t)は電離層遅延であり、δT(t)は対流圏遅延であり、δt(t)は測位装置10および測位衛星SATの時計誤差であり、δbL1は測位装置10および測位衛星SATの搬送波位相に対するバイアス誤差であり、NはL1信号に対する整数値バイアスであり、εL1(t)は観測誤差である。また、cは光速である。
((T) = r (t) −δI (t) + δT (t) + cδt (t)
+ Δ b L 1 + λ N + λ ε L 1 (t) (Expression 2)
In equation (2), r (t) is the geometrical distance between the
ここで、時刻t1と時刻t2を設定し、時刻t1と時刻t2との時間間隔を短く設定する。例えば、時間間隔を約10秒以下とする。なお、時間間隔は、測位衛星の速度および測位装置の概略の移動速度に応じて適宜設定すればよく、一例として3秒から5秒程度であるとよい。時刻t1と時刻t2との時間間隔が短いと、測位衛星および測位装置の移動距離は小さい。したがって、時刻t1での電離層遅延δI(t1)と、時刻t2での電離層遅延δI(t2)とは、一致しているものとして考えることが可能である。同様に、時刻t1での対流圏遅延δT(t1)と、時刻t2での対流圏遅延δT(t2)とは、一致しているものとみなせる。 Here, time t1 and time t2 are set, and the time interval between time t1 and time t2 is set short. For example, the time interval is about 10 seconds or less. The time interval may be appropriately set according to the speed of the positioning satellite and the approximate moving speed of the positioning device, and may be, for example, about 3 seconds to 5 seconds. When the time interval between time t1 and time t2 is short, the moving distance of the positioning satellite and the positioning device is short. Therefore, it can be considered that the ionospheric delay δI (t1) at time t1 and the ionospheric delay δI (t2) at time t2 coincide with each other. Similarly, the tropospheric delay δT (t1) at time t1 and the tropospheric delay δT (t2) at time t2 can be considered to be coincident.
したがって、電離層遅延δI(t1)と電離層遅延δI(t2)との差分値は略0である。同様に、対流圏遅延δT(t1)と対流圏遅延δT(t2)との差分値も略0である。 Therefore, the difference value between the ionospheric delay δI (t1) and the ionospheric delay δI (t2) is approximately zero. Similarly, the difference value between the troposphere delay δT (t1) and the troposphere delay δT (t2) is also approximately zero.
また、時刻t1と時刻t2との時間間隔が短く、測位衛星および測位装置の移動距離は小さいので、時刻t1での整数値バイアスと時刻t2での整数値バイアスとは同じとして考えることができる。 Further, since the time interval between time t1 and time t2 is short and the moving distance of the positioning satellite and the positioning device is small, it can be considered that the integer value bias at time t1 and the integer value bias at time t2 are the same.
また、測位装置および測位衛星の時計誤差やバイアス誤差は、時刻t1と時刻t2で変化しないと考えることができる。 Further, it can be considered that the clock error and the bias error of the positioning device and the positioning satellite do not change at time t1 and time t2.
したがって、時刻t1での擬似距離ρ(t1)と時刻t2での擬似距離ρ(t2)との時間差分値Δρ(t1,t2)は、次の(式3)で近似できる。 Therefore, the time difference value Δρ (t1, t2) between the pseudo distance ((t1) at time t1 and the pseudo distance ((t2) at time t2 can be approximated by the following (Equation 3).
Δρ(t1−t2)=r(t1)−r(t2)+ECA(t1,t2) (式3)
なお、ECA(t1,t2)は、擬似距離の時間差分値Δρに対するコード位相の観測誤差である。
Δρ (t1−t2) = r (t1) −r (t2) + E CA (t1, t2) (Expression 3)
E CA (t1, t2) is an observation error of the code phase with respect to the time difference value Δρ of the pseudo distance.
同様に、時刻t1での搬送波位相積算値Φ(t1)と時刻t2での搬送波位相積算値Φ(t2)との時間差分値ΔΦ(t1,t2)は、次の(式4)で近似できる。 Similarly, the time difference value ΔΦ (t1, t2) between the carrier phase integrated value t (t1) at time t1 and the carrier phase integrated value ((t2) at time t2 can be approximated by the following (Equation 4) .
ΔΦ(t1−t2)=r(t1)−r(t2)+EL1(t1,t2) (式4)
なお、EL1(t1,t2)は、搬送波位相積算値の時間差分値ΔΦに対する搬送波位相の観測誤差である。
ΔΦ (t1−t2) = r (t1) −r (t2) + E L1 (t1, t2) (Expression 4)
E L1 (t1, t2) is an observation error of the carrier phase with respect to the time difference value ΔΦ of the carrier phase integration value.
ここで、r(t)は、測位装置10と測位衛星SATとの距離であり、測位装置10の位置をu(t)、測位衛星SATの位置をSp(t)とし、距離演算を示す記号をDISとすると、次の(式5)となる。
Here, r (t) is the distance between the
r(t)=DIS(u(t)−Sp(t)) (式5)
測位衛星SATの位置Sp(t)は、測位信号に重畳された航法メッセージ、他の精密軌道情報が提供されるシステム(例えば、MADOCA)からの情報等によって取得が可能である。
r (t) = DIS (u (t)-Sp (t)) (Equation 5)
The position Sp (t) of the positioning satellite SAT can be acquired by a navigation message superimposed on the positioning signal, information from a system (for example, MADOCA) in which other precise orbit information is provided, or the like.
したがって、上述の(式3)および(式4)に、(式5)を代入することによって、測位装置10の位置u(t)に対する、擬似距離の時間差分値Δρおよび搬送波位相差積算値の時間差分値ΔΦを用いた観測モデルを設定できる。そして、この観測モデルを用いることによって、既知の式変形から、測位装置10の位置に対する観測方程式を設定できる。
Therefore, by substituting (Eq. 5) into (Eq. 3) and (Eq. 4) described above, the time difference value .DELTA..rho. Of the pseudorange and the carrier phase difference integrated value with respect to the position u (t) of the
また、状態方程式は、次のように設定できる。 Also, the equation of state can be set as follows.
(A)静止状態(Static)の場合
静止状態の場合、測位装置10は移動していない。したがって、u(tk)=u(tk−1)となり、状態方程式を設定できる。
(A) Case of stationary state (static) In the case of stationary state, the
したがって、静止状態に対して、カルマンフィルタを適用でき、測位装置10の位置u(t)を推定演算できる。なお、観測誤差が白色雑音で仮定できる場合は、一般的なカルマンフィルタの理論を用いればよく、観測誤差が有色雑音の場合は、状態・観測雑音に相関のあるカルマンフィルタの理論を用いればよい。
Therefore, the Kalman filter can be applied to the stationary state, and the position u (t) of the
(B)移動状態(kinematic)の場合
移動状態の場合、測位装置10の移動モデルを、加速度または速度を用いた1次近似モデルで設定する。具体的には、例えば、次のように設定する。まず、位置u(t)をWGS座標系からENU座標系に変換する。この座標変換は、既知の方法によって実現可能である。
(B) In the case of the movement state (kinematic) In the case of the movement state, the movement model of the
そして、ENU座標系におけるEast方向とNorth方向の移動モデルは、加速度1次マルコフモデルに設定する。また、ENU座標系におけるUp方向の移動モデルは、速度1次マルコフモデルに設定する。 The movement model in the East direction and the North direction in the ENU coordinate system is set to an acceleration first-order Markov model. In addition, the movement model in the Up direction in the ENU coordinate system is set to a velocity first-order Markov model.
これにより、移動状態に対する状態方程式を設定できる。 Thereby, it is possible to set a state equation for the moving state.
したがって、移動状態に対して、カルマンフィルタを適用でき、測位装置10の位置u(t)を推定演算できる。
Therefore, the Kalman filter can be applied to the moving state, and the position u (t) of the
以上のような構成および処理を用いることによって、観測方程式における、電離層遅延、対流圏遅延、時計誤差、およびバイアス誤差の誤差要因を無くすことができ、推定精度を向上できる。また、1重位相差、2重位相差を用いないことによって、演算が簡素化される。さらに、少なくとも1つのアンテナで測位演算が可能である。 By using the above configuration and processing, error factors of the ionospheric delay, the troposphere delay, the clock error, and the bias error in the observation equation can be eliminated, and the estimation accuracy can be improved. In addition, the calculation is simplified by not using the single phase difference and the double phase difference. Furthermore, the positioning operation is possible with at least one antenna.
なお、移動状態の場合においては、カルマンフィルタに用いる二時刻tk−1、tkの時間差が極小さいと、距離差r(tk)−r(tk−1)に相当する値を算出するための位置u(tk)、u(tk−1)に乗算する勾配ベクトルG(tk−1)、G(tk)が殆ど変化しない。この場合、G(tk)−G(tk−1)によって決まるカルマンゲインが小さくなり、推定誤差が大きくなってしまうことがある。 In the case of a moving state, when the time difference between the two times t k-1 and t k used in the Kalman filter is extremely small, a value corresponding to the distance difference r (t k ) -r (t k-1 ) is calculated. position u (t k) for, u (t k-1) gradient is multiplied by the vector G (t k-1), G (t k) hardly changes. In this case, the Kalman gain is reduced determined by G (t k) -G (t k-1), may be estimated error becomes large.
この場合、位置差u(tk)−u(tk−1)を未知数として、勾配ベクトルG(tk−1)、G(tk)が殆ど同じであることを利用して、勾配ベクトルの平均値(G(tk−1)+G(tk))/2を用いて観測方程式を設定すればよい。これにより、安定して、高精度な測位が可能になる。 In this case, with the position difference u (t k ) −u (t k−1 ) as the unknown, the gradient vector G (t k−1 ), G (t k ) are almost the same, and the gradient vector is used. The observation equation may be set using an average value (G (t k-1 ) + G (t k )) / 2 of This enables stable and highly accurate positioning.
また、移動状態の場合、状態方程式に含まれる速度の項を用いることによって、測位装置10は、速度を算出することも可能である。
In addition, in the case of the movement state, the
また、上述の構成では、1つのアンテナを用いる態様を示したが、複数のアンテナを用いてもよい。この場合、測位装置10は、複数のアンテナのそれぞれに対して、上述の測位演算を実行する。そして、測位装置10は、これらの複数のアンテナの位置に対する平均値等の統計処理を行ってもよい。これにより、位置の推定精度をさらに向上することが可能になる。
Moreover, although the aspect using one antenna was shown in the above-mentioned structure, you may use several antennas. In this case, the
また、上述の説明では、各処理をそれぞれの機能部で分担して実行する態様を示した。しかしながら、上述の各処理をプログラム化して記憶部50に記憶しておき、CPU等の演算装置で実行してもよい。この場合、図2に示す処理を実行すればよい。図2は、本発明の実施形態に係る測位方法を示すフローチャートである。
Moreover, in the above-mentioned description, the aspect which shared and performed each process by each function part was shown. However, each process described above may be programmed and stored in the
演算装置は、第1時刻t1での擬似距離ρ1と搬送波位相積算値Φ1を検出する(S101)。演算装置は、第2時刻t2での擬似距離ρ2と搬送波位相積算値Φ2を検出する(S102)。 The arithmetic unit detects the pseudo distance 11 at the first time t1 and the carrier phase integrated value 11 (S101). The arithmetic unit detects the pseudo distance 22 at the second time t2 and the carrier phase integrated value 22 (S102).
演算装置は、第1時刻t1の擬似距離ρ1と第2時刻t2の擬似距離ρ2との時間差分値Δρ12=ρ1−ρ2を算出する。また、演算装置は、第1時刻t1の搬送波位相積算値Φ1と第2時刻t2の搬送波位相積算値Φ2との時間差分値ΔΦ12=Φ1−Φ2を算出する(S103)。 The arithmetic unit calculates a time difference value Δρ12 = ρ1−ρ2 between the pseudo distance 11 at the first time t1 and the pseudo distance 22 at the second time t2. Further, the arithmetic unit calculates a time difference value ΔΦ12 = Φ1-22 between the carrier phase integration value 11 at the first time t1 and the carrier phase integration value 22 at the second time t2 (S103).
演算装置は、擬似距離の時間差分値Δρ12、および、搬送波位相積算値の時間差分値ΔΦ12を観測値として、測位装置の位置を推定するための状態方程式および観測方程式を設定する(S104)。 The arithmetic unit sets a state equation and an observation equation for estimating the position of the positioning apparatus, using the time difference value Δρ12 of the pseudorange and the time difference value ΔΦ12 of the carrier phase integrated value as the observation value (S104).
演算装置は、ステップS104で設定した状態方程式および観測方程式に対してカルマンフィルタ処理を実行し、測位装置の位置を算出する(S105)。 The arithmetic unit executes Kalman filter processing on the state equation and observation equation set in step S104 to calculate the position of the positioning device (S105).
なお、上述の測位装置および測位方法では、観測値に異常検出も可能である。図3は、異常検出を行う場合の測位演算部の構成を示すブロック図である。 In addition, in the above-mentioned positioning device and positioning method, abnormality detection is also possible to observation value. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the positioning operation unit when detecting an abnormality.
測位演算部40Aは、時間差分値算出部41、二重差分値算出部43、および、異常検出部44を備える。時間差分値算出部41は、複数時刻の擬似距離ρの差分値(時間差分値)Δρを算出する。二重差分値算出部43は、異なる時刻で得られた時間差分値Δρaと時間差分値Δρbとの二重差分値ΔΔρabを算出する。異常検出部44は、二重差分値Δρabを異常検出用の閾値Thと比較する。異常検出部44は、二重差分値Δρabが異常検出用の閾値Thを超えていれば、観測値の異常、すなわち、測位信号の受信の異常を検出する。
The
なお、この異常検出処理は、上述のように演算処理装置とプログラムによって実現することもできる。図4は、観測値の異常検出のフローチャートである。 The abnormality detection process can also be realized by the arithmetic processing unit and the program as described above. FIG. 4 is a flowchart of abnormality detection of the observation value.
測位装置10の測位演算部40は、擬似距離の時間差分値Δρの更なる時間差分値である二重差分値ΔΔρを算出する(S202)。具体的には、測位演算部40は、上述のように、第1時刻t1の擬似距離ρ1と第2時刻t2の擬似距離ρ2との時間差分値Δρ12を算出する。また、測位演算部40は、同様に、第2時刻t2の擬似距離ρ2と第3時刻t3の擬似距離ρ3との時間差分値Δρ23を算出する。測位演算部40は、時間差分値Δρ23と時間差分値Δρ12との二重差分値ΔΔρを算出する。なお、この説明では、2つの時間差分値に同じ時刻の擬似距離が含まれているが、これに限るものではない。
The
測位演算部40は、二重差分値ΔΔρを、異常検出用の閾値Thと比較する(S202)。異常検出用の閾値Thは、既に取得している測位結果等を参照して、必要とする測位精度よりも劣化したときの時間差分値の変化量に基づいて設定されている。
The
測位演算部40は、二重差分値ΔΔρが閾値Thを超えれば(S202:YES)、観測値である擬似距離が異常であると判定する(S203)。
If the double difference value ΔΔρ exceeds the threshold value Th (S202: YES), the
測位演算部40は、二重差分値ΔΔρが閾値Thを超えなければ(S202:NO)、観測値である擬似距離が正常であると判定する(S204)。
If the double difference value ΔΔρ does not exceed the threshold value Th (S202: NO), the
このように、本実施形態の構成および処理を用いることによって、観測値の異常を検出できる。なお、この説明では、擬似距離の場合を示したが、搬送波位相積算値を用いても異常の検出は可能である。 As described above, by using the configuration and processing of the present embodiment, it is possible to detect an abnormality of the observed value. Although this description shows the case of the pseudo distance, it is possible to detect an abnormality even by using the carrier phase integrated value.
上述の測位装置は、自装置の位置を用いた各種のアプリケーション装置に適用できる。例えば、図5は、本発明の実施形態に係るナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。 The above-mentioned positioning device can be applied to various application devices using the position of the device itself. For example, FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the navigation device according to the embodiment of the present invention.
図5に示すように、ナビゲーション装置1は、測位装置10、アンテナ20、および、ナビゲーション処理部61を備える。ナビゲーション装置1が、本発明の「アプリケーション装置」に対応し、ナビゲーション処理部61が、本発明の「アプリケーション処理部」に対応する。
As shown in FIG. 5, the navigation device 1 includes a
測位装置10およびアンテナ20は、上述の構成を備える。測位演算部40は、測位結果を、ナビゲーション処理部61に出力する。
The
ナビゲーション処理部61は、測位結果を適用した既知の方法から、自装置が搭載される移動体の目的位置までのルート照会、ルート案内、または、現在位置の周辺情報等のナビゲーション情報を生成する。ナビゲーション処理部61は、ナビゲーション情報を、図示しない表示部等に表示する。ここで、本実施形態の測位装置10を用いることによって、自装置位置を高精度に得られるので、ナビゲーション装置1は、高精度なルート照会、ルート案内や、より適切な周辺情報を提供できる。
The
上述の説明では、測位装置の位置を算出する態様を示したが、測位装置を基地局に備えて、上記の推定演算を用いて、測位衛星の位置を高精度に算出することも可能である。そして、この算出結果を用いることによって、衛星軌道情報に対する補正情報を算出することもできる。図6(A)は、本発明の実施形態に係る補正システムの構成を示す図であり、図6(B)は、基地局の構成を示すブロック図である。 In the above description, although the aspect of calculating the position of the positioning device is shown, it is also possible to provide the positioning device in a base station and calculate the position of the positioning satellite with high accuracy using the above estimation operation. . Then, by using this calculation result, it is also possible to calculate correction information for the satellite orbit information. FIG. 6A is a diagram showing a configuration of a correction system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a block diagram showing a configuration of a base station.
図6(A)、図6(B)に示すように、基地局2は、測位装置10、アンテナ20、送信用アンテナ20T、補正情報生成部71、および、送信部72を備える。アンテナ20および測位装置10は、上述の構成を備える。測位演算部40は、測位結果を、補正情報生成部71に出力する。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the base station 2 includes a
補正情報生成部71は、基地局2の位置(補正用の基準位置)を予め記憶している。補正情報生成部71は、補正用の基準位置と測位位置とを比較する。補正情報生成部71は、補正用の基準位置と測位位置との比較結果から、既知の方法を用いて、衛星位置の誤差を算出する。補正情報生成部71は、この衛星位置の誤差から衛星軌道情報の補正情報を生成する。補正情報生成部71は、補正情報を送信部72に出力する。
The correction
送信部72は、送信用アンテナ20Tを介して、補正情報を測位衛星SATに送信する。測位衛星SATは、受信した補正情報によって、補正情報の更新を行う。
The transmitting
このようなシステムの構成を用いることによって、補正情報を高精度に更新でき、測位精度が向上する。 By using such a system configuration, correction information can be updated with high accuracy, and positioning accuracy is improved.
1:ナビゲーション装置
2:基地局
10:測位装置
20:アンテナ
30:受信部
40:測位演算部
41:時間差分値算出部
42:フィルタ演算部
43:二重差分値算出部
44:異常検出部
50:記憶部
61:ナビゲーション処理部
71:補正情報生成部
72:送信部
20T:送信用アンテナ
SAT:測位衛星
SS:測位信号
1: Navigation device 2: Base station 10: Positioning device 20: Antenna 30: Reception unit 40: Positioning operation unit 41: Time difference value calculation unit 42: Filter operation unit 43: Double difference value calculation unit 44: Abnormality detection unit 50 : Storage unit 61: Navigation processing unit 71: Correction information generation unit 72:
Claims (9)
前記擬似距離の時間差分値および前記搬送波位相積算値の時間差分値を用いて、観測方程式および状態方程式を設定し、前記観測方程式と前記状態方程式とを用いたフィルタ演算を実行することによって測位を行う、測位演算部と、
を備える、測位装置。 A receiver configured to detect a pseudorange and a carrier phase integrated value of positioning signals received at a plurality of times;
An observation equation and a state equation are set using the time difference value of the pseudo distance and the time difference value of the carrier phase integrated value, and positioning is performed by executing a filter operation using the observation equation and the state equation. A positioning operation unit,
A positioning device comprising:
移動体の測位を行う場合に、前記測位する位置を、WGS座標系から局地水平座標系へ座標変換し、
水平方向の動的モデルには、加速度の1次マルコフモデルを適用し、高さ方向の動的モデルには、速度の1次マルコフモデルを適用する、
請求項1に記載の測位装置。 The positioning operation unit
When performing positioning of a mobile body, coordinate conversion of the position to be measured from the WGS coordinate system to the local horizontal coordinate system,
The horizontal dynamic model applies the first-order Markov model of acceleration, and the vertical dynamic model applies the first-order Markov model of velocity,
The positioning device according to claim 1.
前記水平方向の動的モデルに速度の項を含み、
該速度を、測位対象の速度として出力する、
請求項2に記載の測位装置。 The positioning operation unit
The horizontal dynamic model includes speed terms,
Output the speed as the speed of the positioning target
The positioning device according to claim 2.
前記擬似距離の時間差分値を複数時刻で算出する時間差分値算出部と、
該複数時刻の擬似距離の時間差分値に対する二重時間差分値を算出する二重差分値算出部と、
該二重時間差分値が、異常検出用閾値以上であれば、前記測位信号の受信の異常を検出する異常検出部と、
を備える、
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の測位装置。 The positioning operation unit
A time difference value calculation unit that calculates time difference values of the pseudo distance at a plurality of times;
A double difference value calculation unit that calculates a double time difference value with respect to time difference values of the pseudo distances of the plurality of times;
An abnormality detection unit that detects an abnormality in reception of the positioning signal if the double time difference value is equal to or greater than an abnormality detection threshold;
Equipped with
The positioning device according to any one of claims 1 to 3.
前記測位演算部で算出された位置を用いたアプリケーション情報を生成するアプリケーション処理部と、
を備える、アプリケーション装置。 A configuration of the positioning device according to any one of claims 1 to 4, and
An application processing unit that generates application information using the position calculated by the positioning operation unit;
An application device comprising:
前記補正情報生成部からの補正情報を前記測位信号とともに送信する測位衛星と、
を備える、測位システム。 A base station comprising: each configuration of the positioning device according to any one of claims 1 to 4; and a correction information generation unit configured to generate correction information of satellite orbit information using a result of the positioning;
A positioning satellite that transmits the correction information from the correction information generation unit together with the positioning signal;
A positioning system, comprising:
前記擬似距離の時間差分値および前記搬送波位相積算値の時間差分値を算出し、
前記時間差分値を用いた観測方程式および状態方程式を設定し、
前記観測方程式と前記状態方程式とを用いたフィルタ演算を実行することによって測位を行う、
測位方法。 Detecting pseudoranges and carrier phase integrated values of positioning signals received at multiple times;
Calculating a time difference value of the pseudo distance and a time difference value of the carrier phase integrated value;
Setting an observation equation and a state equation using the time difference value,
Positioning is performed by performing a filter operation using the observation equation and the state equation
Positioning method.
前記擬似距離の時間差分値および前記搬送波位相積算値の時間差分値を算出する処理と、
前記時間差分値を用いた観測方程式および状態方程式を設定する処理と、
前記観測方程式と前記状態方程式とを用いたフィルタ演算を実行することによって測位を行う処理と、
を、演算処理装置に実行させる、測位プログラム。 A process of detecting pseudoranges and carrier phase integrated values of positioning signals received at multiple times;
A process of calculating a time difference value of the pseudo distance and a time difference value of the carrier phase integrated value;
A process of setting an observation equation and a state equation using the time difference value;
A process of performing positioning by performing a filter operation using the observation equation and the state equation;
A positioning program that causes an arithmetic processing unit to execute
前記擬似距離の時間差分値および前記搬送波位相積算値の時間差分値を算出する処理と、
前記時間差分値を用いた観測方程式および状態方程式を設定する処理と、
前記観測方程式と前記状態方程式とを用いたフィルタ演算を実行することによって測位を行う処理と、
を、演算処理装置に実行させるプログラムが記憶された、測位プログラム記憶媒体。 A process of detecting pseudoranges and carrier phase integrated values of positioning signals received at multiple times;
A process of calculating a time difference value of the pseudo distance and a time difference value of the carrier phase integrated value;
A process of setting an observation equation and a state equation using the time difference value;
A process of performing positioning by performing a filter operation using the observation equation and the state equation;
A positioning program storage medium storing a program that causes an arithmetic processing unit to execute the program.
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