JP2020201282A - Navigation satellite system receiver, navigation satellite signal processing method, and program - Google Patents

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Abstract

To provide a navigation satellite system receiver with which it is possible to realize high-accuracy time synchronization or positioning even in an environment where a navigation satellite signal receive state is not good.SOLUTION: A navigation satellite system receiver comprises: a navigation satellite signal receive unit 2 for calculating a received position and received time on the basis of the navigation satellite signals simultaneously received from four or more navigation satellites; and a control unit 4 for exercising control so as to calculate the initial value of received position and the trajectory position of each navigation satellite on the basis of each navigation satellite signal, calculate the arrival time of each navigation satellite signal on the basis of the calculated received position and trajectory position and the time information included in each navigation satellite signal, extract a navigation satellite signal on the basis of the calculated arrival time, calculate the received position on the basis of the extracted navigation satellite signal, recursively perform a process of calculating the arrival time and a process of extracting the navigation satellite signal using the calculated received position, and perform a positioning process or a time synchronization process on the basis of the navigation satellite signal extracted at termination of the recursion.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、航法衛星システムにおいて、航法衛星信号を常時、可視衛星信号として受信できない環境においても、高精度な時刻同期や測位を実現する技術に関する。 The present invention relates to a technique for realizing highly accurate time synchronization and positioning even in an environment in which a navigation satellite signal cannot always be received as a visible satellite signal in a navigation satellite system.

時分割複信(TDD:Time Division Duplex)方式のモバイル通信システムで必要となる、基地局間の高精度な時刻(タイミング)同期を実現する手段として、GPS(Global Positioning System)をはじめとする全地球航法衛星システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)の利用が拡大している。GNSS衛星(航法衛星)は協定世界時(UTC:Coordinated Universal Time)に同期した高精度な原子時計を搭載し、これに同期した航法衛星信号を電波により送信するが、地球上の任意の地点で航法衛星信号を受信することによってUTCに高精度に時刻同期することが可能となる。 GPS (Global Positioning System) and all other means to realize highly accurate time (timing) synchronization between base stations, which is required for Time Division Duplex (TDD) mobile communication systems. The use of the Global Navigation Satellite System (GNSS) is expanding. The GNSS satellite (navigation satellite) is equipped with a highly accurate atomic clock synchronized with Coordinated Universal Time (UTC), and transmits navigation satellite signals synchronized with this by radio waves, but at any point on the earth. By receiving the navigation satellite signal, it becomes possible to synchronize the time with UTC with high accuracy.

航法衛星から送信される航法衛星信号は受信地点に到達するまでに伝播遅延を生じることから、遅延時間を補正するために少なくとも4機の航法衛星の信号を同時に受信し、信号の受信位置の3次元座標情報(x,y,z)及び衛星と受信機の時計の時刻差(Δt)の4つのパラメータを特定する必要がある。GPSの場合、24機以上の航法衛星を6つの準同期軌道上で約12時間の周期で地球を周回して運用しているが、測位と時刻同期を定常的に実現するためにはこのうち少なくとも4機の航法衛星を常時捕捉可能な環境を選択する必要がある。 Since the navigation satellite signal transmitted from the navigation satellite causes a propagation delay before reaching the reception point, the signals of at least four navigation satellites are simultaneously received in order to correct the delay time, and the signal reception position 3 It is necessary to specify four parameters of the three-dimensional coordinate information (x, y, z) and the time difference (Δt) between the satellite and the receiver clock. In the case of GPS, more than 24 navigation satellites are operated in six semi-synchronous orbits with a cycle of about 12 hours, and of these, in order to constantly realize positioning and time synchronization. It is necessary to select an environment that can constantly capture at least four navigation satellites.

高精度な時刻同期を目的としてGNSSを利用する際に、航法衛星信号を受信するアンテナ(以下、航法衛星アンテナ)周辺の航法衛星信号の見通し空間が建造物や樹木等により遮断されることが原因となり、直接波として受信可能な衛星(以下、可視衛星)信号数に制限を生じる場合がある。一般的にモバイル通信システムの基地局はトラフィック需要の多い都市部においてより高密度に設置される傾向にあるが、都市部では常時4機以上の航法衛星信号を直接波として捕捉可能なエリアは限定される。そのため、十分な数の航法衛星信号を直接波として常時捕捉することが困難な、航法衛星信号の受信状態が良好ではない環境においても高精度に、かつ安定した時刻同期を実現することが課題となっている。 When using GNSS for the purpose of highly accurate time synchronization, the cause is that the line-of-sight space of the navigation satellite signal around the antenna that receives the navigation satellite signal (hereinafter referred to as the navigation satellite antenna) is blocked by buildings, trees, etc. Therefore, the number of satellite (hereinafter, visible satellite) signals that can be received as a direct wave may be limited. In general, base stations for mobile communication systems tend to be installed at higher densities in urban areas where traffic demand is high, but in urban areas, areas where four or more navigation satellite signals can always be captured as direct waves are limited. Will be done. Therefore, it is difficult to constantly capture a sufficient number of navigation satellite signals as direct waves, and it is a problem to realize highly accurate and stable time synchronization even in an environment where the reception state of navigation satellite signals is not good. It has become.

航法衛星信号を使用した測位、または航法衛星信号への時刻同期を行う際には直接波として受信される可視衛星信号をより多く受信できる、開空間の開けた受信環境を選択することが精度を向上する上で有効である。さらに可視衛星が天空上に万遍なく分散して位置している方が測位、時刻の精度が一層向上することが期待される。天空上の衛星配置の偏りによる精度劣化を表す指標としてDOP(Dilution Of Precision:精度低下率)と呼ばれる指標がしばしば用いられる。 When performing positioning using a navigation satellite signal or time synchronization with a navigation satellite signal, it is accurate to select an open reception environment that can receive more visible satellite signals received as direct waves. It is effective in improving. Furthermore, it is expected that the accuracy of positioning and time will be further improved if the visible satellites are evenly distributed over the sky. An index called DOP (Dilution Of Precision) is often used as an index showing the deterioration of accuracy due to the bias of the satellite arrangement in the sky.

航法衛星信号による測位、時刻同期においてこの他に精度に影響を与える要因としては、航法衛星信号が受信位置周辺の構造物や地面により反射、回折することにより生じる、反射波、回折波(いわゆるマルチパス信号)の受信が挙げられる。 Other factors that affect the accuracy of positioning and time synchronization using navigation satellite signals are reflected waves and diffracted waves (so-called multi) generated by reflection and diffraction of navigation satellite signals by structures and the ground around the reception position. (Pass signal) reception can be mentioned.

図13にマルチパス信号の発生状況を説明する模式図を示す。図13に示す通り、マルチパス信号には直接波を伴うケース(可視衛星信号のマルチパス信号)と直接波を伴わないケース(直接波として受信できない衛星(以下、不可視衛星)信号のマルチパス信号)の種別がある。前者については直接波の受信強度がマルチパス信号の受信強度よりも大きい通常のケースでは航法衛星信号受信装置における相関信号処理により、マルチパス信号の影響を効果的に低減する方策がこれまでに検討されている(非特許文献1参照)。一方、後者の直接波を伴わない不可視衛星のマルチパス信号については当該の航法衛星信号を測位や時刻同期に使用しない場合を除き、その影響を取り除くことは困難であるため測位精度や時刻同期精度に及ぼす影響が大きい。 FIG. 13 shows a schematic diagram for explaining the generation state of the multipath signal. As shown in FIG. 13, the multipath signal of a case with a direct wave (multipath signal of a visible satellite signal) and a case without a direct wave (a satellite that cannot be received as a direct wave (hereinafter, invisible satellite)) is a multipath signal. ) There are types. Regarding the former, in the normal case where the reception strength of the direct wave is larger than the reception strength of the multipath signal, measures to effectively reduce the influence of the multipath signal by the correlation signal processing in the navigation satellite signal receiver have been studied so far. (See Non-Patent Document 1). On the other hand, regarding the latter multipath signal of an invisible satellite that does not involve a direct wave, it is difficult to remove the influence unless the navigation satellite signal is used for positioning and time synchronization, so positioning accuracy and time synchronization accuracy. Has a large effect on.

図14及び図15にマルチパス信号の受信状況の一例を示す。図14に示すような周囲を建造物で囲まれた環境にGPS衛星アンテナを設置してGPS衛星信号を受信した結果、図15上段に示すように、GPS衛星アンテナ設置位置における天空画像上で開空間に位置する可視衛星信号(図15の例では、#6、#9)以外にも構造物に遮蔽された不可視衛星信号の多く(図15の例では、#2、#3、#5、#7、#12、#17、#19、#23、#25)がマルチパス信号として受信されることが確認された。また、図15下段に示すように、経時的なGPS衛星信号の受信特性についてもGPSアンテナ周辺の構造物を考慮した開空間からシミュレーションで得られる可視衛星数よりもむしろ、オープンスカイを仮定した受信衛星数に近い数のGPS衛星信号が受信された。ここで「オープンスカイ」とは周囲に遮蔽物のない上空の開けた受信環境を意味する。 14 and 15 show an example of the reception status of the multipath signal. As a result of installing GPS satellite antennas in an environment surrounded by buildings as shown in FIG. 14 and receiving GPS satellite signals, as shown in the upper part of FIG. 15, it opens on the sky image at the GPS satellite antenna installation position. In addition to the visible satellite signals located in space (# 6, # 9 in the example of FIG. 15), many of the invisible satellite signals shielded by the structure (# 2, # 3, # 5 in the example of FIG. 15) It was confirmed that # 7, # 12, # 17, # 19, # 23, # 25) were received as multipath signals. In addition, as shown in the lower part of FIG. 15, the reception characteristics of GPS satellite signals over time are also received assuming open sky rather than the number of visible satellites obtained by simulation from an open space considering the structure around the GPS antenna. A number of GPS satellite signals close to the number of satellites was received. Here, "open sky" means an open reception environment in the sky with no surrounding obstacles.

マルチパス信号は直接波と比較して伝搬経路長が長く、伝搬遅延を伴って航法衛星アンテナに到達する。航法衛星アンテナから反射点までの距離が大きいほど反射波の直接波に対する伝搬遅延時間差が大きくなり、疑似距離の計測誤差が大きくなる。ここで疑似距離とは航法衛星信号の送信時刻と航法衛星信号受信装置が航法衛星信号を受信した時刻の差に光速を乗算した距離を指す。疑似距離の計測誤差が大きくなると時刻同期精度および測位精度が劣化する。 The multipath signal has a longer propagation path length than the direct wave and reaches the navigation satellite antenna with a propagation delay. The larger the distance from the navigation satellite antenna to the reflection point, the larger the propagation delay time difference of the reflected wave with respect to the direct wave, and the larger the measurement error of the pseudo distance. Here, the pseudo distance refers to the distance obtained by multiplying the difference between the time when the navigation satellite signal is transmitted and the time when the navigation satellite signal receiver receives the navigation satellite signal by the speed of light. If the measurement error of the pseudo distance becomes large, the time synchronization accuracy and the positioning accuracy deteriorate.

図16に図14及び図15のマルチパス信号が発生する環境でGPS衛星信号を受信して得られる時刻と近傍のオープンスカイ環境でGPS衛星信号を受信して得られる時刻の差(タイムエラー)を計測するために使用した実験系の構成を示す。それぞれの環境で受信されたGPS衛星信号を同一機種の2台のGPSレシーバにそれぞれに入力し、生成された時刻情報のタイミング出力信号である1PPS(Pulse Per Second)信号の位相差をタイムエラー計測器により経時的に計測した。この方法によりマルチパス信号の受信に伴う、時刻同期精度の劣化の度合いを定量的に計測することができる。その結果、図17に示すようにマルチパス信号が発生する環境で受信したGPS衛星信号から生成された時刻はオープンスカイ環境で受信したGPS衛星信号から生成された時刻に対して最大で250ns以上、遅れることが確認された。 16 shows the difference between the time obtained by receiving the GPS satellite signal in the environment where the multipath signals of FIGS. 14 and 15 are generated and the time obtained by receiving the GPS satellite signal in the nearby open sky environment (time error). The configuration of the experimental system used to measure is shown. The GPS satellite signals received in each environment are input to two GPS receivers of the same model, and the phase difference of the 1PPS (Pulse Per Second) signal, which is the timing output signal of the generated time information, is measured as a time error. It was measured over time with a device. By this method, the degree of deterioration of the time synchronization accuracy due to the reception of the multipath signal can be quantitatively measured. As a result, as shown in FIG. 17, the time generated from the GPS satellite signal received in the environment where the multipath signal is generated is 250 ns or more at the maximum with respect to the time generated from the GPS satellite signal received in the open sky environment. It was confirmed that it would be delayed.

以上に説明した通り、受信位置の周囲を構造物に遮られる理想的ではない受信環境において航法衛星信号による時刻同期および測位の精度を向上するには、天空上の分散した位置にある可視衛星信号をできるだけ多く受信し、かつ、マルチパス信号による影響を有効に取り除く必要がある。 As explained above, in order to improve the accuracy of time synchronization and positioning by navigation satellite signals in a non-ideal reception environment where the surroundings of the reception position are blocked by structures, visible satellite signals in dispersed positions in the sky It is necessary to receive as much as possible and effectively eliminate the influence of the multipath signal.

前者の天空上の開空間に位置する可視衛星信号をより多く受信するためには、できるだけ開空間の開かれた受信位置を選択する他に、複数の航法衛星システムを併用するマルチGNSSと呼ばれる利用形態が有効である。 In order to receive more visible satellite signals located in the open space above the sky, in addition to selecting the open reception position in the open space as much as possible, the use called multi-GNSS that uses multiple navigation satellite systems together. The form is valid.

一方、マルチパス信号の影響を低減する方法としてはこれまでに様々な方法が検討されている。 On the other hand, various methods have been studied so far as methods for reducing the influence of multipath signals.

マルチパス信号は建造物等で反射する際に航法衛星信号の円偏波特性の旋転方向が反転する。この反射に伴う円偏波特性の反転を利用し、航法衛星アンテナに円偏波特性に依存するアイソレーション特性を備えることによって奇数回反射した反射波の信号強度を減衰させることができる。また、航法衛星アンテナの鉛直上方向の指向性により地面や低仰角からの反射波の信号強度を減衰させることができる。以上が航法衛星アンテナによる、マルチパス信号の影響の低減方法の1つである。 When the multipath signal is reflected by a building or the like, the rotation direction of the circularly polarized wave characteristic of the navigation satellite signal is reversed. By utilizing the inversion of the circularly polarized wave characteristic due to this reflection and providing the navigation satellite antenna with an isolation characteristic depending on the circularly polarized wave characteristic, the signal intensity of the reflected wave reflected odd times can be attenuated. In addition, the vertical directivity of the navigation satellite antenna can attenuate the signal strength of the reflected wave from the ground or a low elevation angle. The above is one of the methods for reducing the influence of the multipath signal by the navigation satellite antenna.

一方、航法衛星信号受信装置において実現される、マルチパス信号の影響を低減する方法としては、受信した航法衛星信号の受信強度や信号対雑音比(Signal-To-Noise Ratio:SNR)によって測位や時刻同期を行う際に使用する航法衛星信号に相対的に重み付けの処理を行なう方法、あるいは受信した航法衛星信号の受信強度や信号対雑音比(SNR)の閾値によって測位や時刻同期に使用する航法衛星信号を選別する方法が挙げられる。後者の方法はSNRマスクと呼ばれる。航法衛星信号が受信位置周辺の建造物で反射、回折する際に建造物の材質や反射、回折の角度に応じて信号強度が減衰するため、直接波として受信される可視衛星信号は反射・回折を伴う不可視衛星信号と比較して相対的に信号対雑音比(SNR)が大きいことが期待される。そこで受信した航法衛星信号の信号対雑音比(SNR)に基づき、航法衛星信号を選別あるいは重み付けを行うことにより、測位や時刻同期を行う際の可視衛星信号の寄与を高め、精度を改善することが期待される。図17に、信号対雑音比(SNR)の指標の一つであるCNR(Carrier-To-Noise Ratio)の閾値によって航法衛星信号を選別した場合の、時刻同期精度を測定した結果を示す。図17の計測においては受信したGPS衛星信号からCNRが35dB−Hz以上のGPS衛星信号を選択して時刻を生成した結果、タイムエラーは100ns以下に大幅に改善することが確認された。 On the other hand, as a method of reducing the influence of the multi-pass signal realized in the navigation satellite signal receiving device, positioning is performed by the reception strength of the received navigation satellite signal and the signal-to-noise ratio (SNR). A method of relatively weighting the navigation satellite signal used for time synchronization, or a method used for positioning and time synchronization based on the reception strength of the received navigation satellite signal and the signal-to-noise ratio (SNR) threshold. A method of selecting satellite signals can be mentioned. The latter method is called an SNR mask. When the navigation satellite signal is reflected and diffracted by the building around the reception position, the signal strength is attenuated according to the material and reflection of the building and the angle of diffraction, so the visible satellite signal received as a direct wave is reflected and diffracted. It is expected that the signal-to-noise ratio (SNR) is relatively large compared to the invisible satellite signal accompanied by. By selecting or weighting the navigation satellite signal based on the signal-to-noise ratio (SNR) of the navigation satellite signal received there, the contribution of the visible satellite signal in positioning and time synchronization is enhanced, and the accuracy is improved. There is expected. FIG. 17 shows the result of measuring the time synchronization accuracy when the navigation satellite signal is selected by the threshold value of CNR (Carrier-To-Noise Ratio), which is one of the indicators of the signal-to-noise ratio (SNR). In the measurement of FIG. 17, as a result of selecting a GPS satellite signal having a CNR of 35 dB-Hz or more from the received GPS satellite signal and generating the time, it was confirmed that the time error was significantly improved to 100 ns or less.

航法衛星信号受信装置において実現される、2つめのマルチパス信号の影響の低減方法について説明する。図18に示す通り、航法衛星信号を反射、回折する航法衛星アンテナ周辺の建造物の高さは有限であることから、マルチパス信号の受信しやすさは航法衛星信号の仰角に依存する。建造物と航法衛星アンテナの設置位置との距離に対して仰角の大きい航法衛星信号は建造物の鉛直方向の壁面において小さな反射角で反射するため、反射信号は地面方向に伝搬し、航法衛星アンテナに到達しない。一方、仰角の小さい航法衛星信号は建造物の鉛直方向の壁面における反射角が大きいため、直接波と比較して大きな伝搬遅延時間差を伴う反射波が航法衛星アンテナに到達する可能性が高い。このため、航法衛星信号を仰角の閾値によりフィルタリングし、仰角の大きい航法衛星信号を測位、時刻同期に使用することにより、可視衛星信号や伝搬遅延の小さい不可視衛星信号を優先的に選択し、マルチパス信号の影響を低減することが期待される。この方法は仰角マスクと呼ばれる。図19に図14の受信環境において仰角の閾値によってGPS衛星信号を選別した場合の、時刻同期精度を測定した結果を示す。図19に示す通り、仰角の閾値を増大するのに伴いタイムエラーが改善することが確認された。 A method for reducing the influence of the second multipath signal realized in the navigation satellite signal receiver will be described. As shown in FIG. 18, since the height of the structure around the navigation satellite antenna that reflects and diffracts the navigation satellite signal is finite, the ease of receiving the multipath signal depends on the elevation angle of the navigation satellite signal. Since the navigation satellite signal with a large elevation angle with respect to the distance between the building and the installation position of the navigation satellite antenna is reflected at a small reflection angle on the vertical wall surface of the building, the reflected signal propagates toward the ground and the navigation satellite antenna. Does not reach. On the other hand, since the navigation satellite signal with a small elevation angle has a large reflection angle on the wall surface in the vertical direction of the building, there is a high possibility that the reflected wave with a large propagation delay time difference will reach the navigation satellite antenna as compared with the direct wave. Therefore, by filtering the navigation satellite signal by the threshold value of the elevation angle and using the navigation satellite signal with a large elevation angle for positioning and time synchronization, the visible satellite signal and the invisible satellite signal with a small propagation delay are preferentially selected and multi. It is expected to reduce the influence of the pass signal. This method is called an elevation mask. FIG. 19 shows the results of measuring the time synchronization accuracy when GPS satellite signals are selected according to the threshold value of the elevation angle in the reception environment of FIG. As shown in FIG. 19, it was confirmed that the time error was improved as the elevation threshold was increased.

航法衛星信号受信装置において実現される、3つめのマルチパス信号の影響の低減方法は受信した航法衛星信号のサブセットの航法衛星信号の組合せを使用した測位・時刻同期演算を予備的に実施し、統計的な処理により航法衛星信号を選別する方法である。航空管制システム等では航法衛星システムのインテグリティ保証のため、正常な運用状態にない航法衛星信号をこうした統計的な信号処理により検知するRAIM(Receiver Autonomous Integrity Monitoring)と呼ばれる方法や検知に加え排除を行うFDE(Fault Detection and Exclusion)と呼ばれる方法が使用されている。マルチパス信号が直接波に対して航法衛星アンテナに遅れて到達することに着目した同様の統計的処理により可視衛星信号を優先的に選択し、可視衛星数が4機に満たない場合には伝搬遅延時間の小さい不可視衛星信号を補完的に選択する方法による時刻同期精度の改善方法が検討されている(非特許文献2参照)。 The third method of reducing the influence of the multipath signal realized in the navigation satellite signal receiver is to preliminarily perform positioning / time synchronization calculation using a combination of navigation satellite signals of a subset of the received navigation satellite signals. This is a method of selecting navigation satellite signals by statistical processing. In the air control system, etc., in order to guarantee the integrity of the navigation satellite system, a method called RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring) that detects navigation satellite signals that are not in a normal operating state by such statistical signal processing and detection are performed in addition to exclusion. A method called FDE (Fault Detection and Exclusion) is used. The visible satellite signal is preferentially selected by the same statistical processing focusing on the fact that the multipath signal arrives behind the navigation satellite antenna with respect to the direct wave, and propagates when the number of visible satellites is less than four. A method for improving the time synchronization accuracy by a method of complementarily selecting an invisible satellite signal having a small delay time has been studied (see Non-Patent Document 2).

久保信明、「GPS測位におけるマルチパス誤差の低減化と高精度測位の可能性について」、博士論文、東京海洋大学、2005年Nobuaki Kubo, "Reduction of multipath error in GPS positioning and possibility of high-precision positioning", Dissertation, Tokyokaiyo University, 2005 吉田誠史 他、「不可視衛星のマルチパス信号の影響を低減したGNSS時刻同期精度の改善」、測位航法学会全国大会、2017年Masashi Yoshida et al., "Improvement of GNSS time synchronization accuracy by reducing the influence of multipath signals of invisible satellites", National Conference of Positioning Navigation Society, 2017

航法衛星信号による測位や時刻同期において不可視衛星信号の影響による精度の劣化を低減する、従来の方法における課題として以下の点が挙げられる。 The following points can be mentioned as problems in the conventional method for reducing the deterioration of accuracy due to the influence of the invisible satellite signal in the positioning and time synchronization by the navigation satellite signal.

(1)航法衛星信号受信装置において航法衛星信号の選択を行う方法
(1−1)仰角マスクによる方法
航法衛星信号の仰角に閾値を設定し、これに基づいて測位、時刻同期に使用する航法衛星信号を選択する仰角マスクによる方法は開空間が天頂を中心とした円形状に近い場合には適用の効果が高いが、それ以外の一般的な受信環境においては本来、測位、時刻同期精度の向上に寄与する可視衛星信号をも排除してしまう可能性がある。例えば図19の受信環境では仰角閾値を40度に設定した場合、東側の開空間に位置する可視衛星信号は排除されてしまう。このため測位、時刻同期に使用する航法衛星信号の選択が適切に行われないことがあった。また、閾値の設定値が厳格な場合(閾値仰角が大きい場合)には測位、時刻同期に必要な数の航法衛星信号が一時的に確保できないケースを生じる可能性がある。一方、閾値の設定値が緩い場合(閾値仰角が小さい場合)には直接波を伴わないマルチパス信号として受信される、不可視衛星信号を十分に排除することができず、精度が劣化する可能性がある。
(1) Method of selecting a navigation satellite signal in a navigation satellite signal receiver (1-1) Method using an elevation angle mask A navigation satellite used for positioning and time synchronization based on a threshold value set for the elevation angle of the navigation satellite signal. The method using an elevation mask to select a signal is highly effective when the open space is close to a circular shape centered on the zenith, but in other general reception environments, the positioning and time synchronization accuracy are improved. It may also eliminate visible satellite signals that contribute to. For example, in the reception environment of FIG. 19, when the elevation threshold is set to 40 degrees, the visible satellite signal located in the open space on the east side is excluded. For this reason, the navigation satellite signal used for positioning and time synchronization may not be properly selected. In addition, when the threshold setting value is strict (when the threshold elevation angle is large), there is a possibility that the number of navigation satellite signals required for positioning and time synchronization cannot be temporarily secured. On the other hand, if the threshold value is loose (the threshold elevation angle is small), the invisible satellite signal received as a multipath signal without direct waves cannot be sufficiently excluded, and the accuracy may deteriorate. There is.

(1−2)SNRマスクによる方法
受信した航法衛星信号の受信信号強度や信号対雑音比等に閾値を設定し、測位、時刻同期に使用する航法衛星信号を選別するSNRマスクによる方法では、最適な閾値が航法衛星アンテナの受信特性、航法衛星アンテナの設置環境、航法衛星信号受信装置の感度、航法衛星の仰角、干渉信号の重畳の状況等に依存する。特に干渉信号は航法衛星信号の信号対雑音比を経時的に変動させる可能性がある。干渉信号には航法衛星信号の受信を妨げる目的で意図的に送出されるジャミング信号やモバイル通信で使用される信号等が想定されるが、干渉信号源と航法衛星アンテナとの位置関係や干渉信号の強度そのものが経時的に変動する場合には航法衛星信号の信号対雑音比の経時的な変動をもたらす。
(1-2) Method using SNR mask The method using the SNR mask, which sets threshold values for the received signal strength and signal-to-noise ratio of the received navigation satellite signal and selects the navigation satellite signal used for positioning and time synchronization, is optimal. The threshold value depends on the reception characteristics of the navigation satellite antenna, the installation environment of the navigation satellite antenna, the sensitivity of the navigation satellite signal receiver, the elevation angle of the navigation satellite, the superposition of interference signals, and the like. In particular, the interference signal may fluctuate the signal-to-noise ratio of the navigation satellite signal over time. The interference signal is assumed to be a jamming signal intentionally transmitted for the purpose of interfering with the reception of the navigation satellite signal, a signal used in mobile communication, etc., but the positional relationship between the interference signal source and the navigation satellite antenna and the interference signal When the intensity itself fluctuates with time, the signal-to-noise ratio of the navigation satellite signal fluctuates with time.

SNRマスク法では閾値の設定値が厳格な場合(受信信号強度や信号対雑音比等の閾値が大きい場合)には受信可能な可視衛星信号数が少なくなる時間帯などにおいて測位、時刻同期に必要な数の航法衛星信号が一時的に確保できないケースを生じる可能性がある。一方、閾値の設定値が緩い場合(受信信号強度や信号対雑音比等の閾値が小さい場合)には直接波を伴わないマルチパス信号として受信される、不可視衛星信号を十分に排除することができず、精度が劣化する可能性がある。 In the SNR mask method, when the threshold setting value is strict (when the threshold such as received signal strength and signal-to-noise ratio is large), it is necessary for positioning and time synchronization in the time zone when the number of visible satellite signals that can be received is small. There is a possibility that a large number of navigation satellite signals cannot be temporarily secured. On the other hand, when the threshold value is loose (when the threshold value such as received signal strength or signal-to-noise ratio is small), the invisible satellite signal received as a multipath signal without direct waves can be sufficiently excluded. It cannot be done and the accuracy may deteriorate.

以上に述べた通り、SNRマスクによる方法では、重畳される干渉信号のレベルが経時的に変動する可能性を考慮した場合、最適な閾値を設定することは必ずしも容易ではなく、測位、時刻同期に使用するのに適切な航法衛星信号と、適切でない航法衛星信号の選別が正しく行えないことがあった。 As described above, in the method using the SNR mask, it is not always easy to set the optimum threshold value in consideration of the possibility that the level of the superimposed interference signal fluctuates with time, and it is not always easy to set the optimum threshold value for positioning and time synchronization. In some cases, it was not possible to correctly select the navigation satellite signal that was suitable for use and the navigation satellite signal that was not suitable for use.

(2)航法衛星信号受信装置において航法衛星信号を受け入れた上で補正処理を行う方法
(2−1)SNRに基づく重みづけによる方法
受信した航法衛星信号の受信信号強度や信号対雑音比等によって測位、時刻同期に使用する航法衛星信号に対して信号処理の際に重みづけをする方法では、直接波として受信可能な可視衛星信号の数よりも直接波を伴わないマルチパス信号として受信される不可視衛星信号の数の方が大きい場合、相対的に不可視衛星信号の寄与が大きくなる可能性があり、結果的に精度の劣化を回避できないことがあった。
(2) A method of receiving a navigation satellite signal in the navigation satellite signal receiver and then performing correction processing (2-1) A method of weighting based on SNR Depending on the received signal strength and signal-to-noise ratio of the received navigation satellite signal, etc. In the method of weighting the navigation satellite signals used for positioning and time synchronization during signal processing, the signals are received as multi-pass signals without direct waves, rather than the number of visible satellite signals that can be received as direct waves. When the number of invisible satellite signals is larger, the contribution of the invisible satellite signals may be relatively large, and as a result, deterioration of accuracy may not be avoided.

(2−2)仰角に基づく重みづけによる方法
可視衛星として受信される可能性の高い、仰角の大きい衛星に重みづけを行う方法では、衛星の経時的な位置によっては仰角の大きい衛星数が減少し、相対的に不可視衛星信号の寄与が大きくなる可能性があり、結果的に精度の劣化を回避できないことがあった。
(2-2) Weighting method based on elevation angle In the method of weighting satellites with a large elevation angle, which are likely to be received as visible satellites, the number of satellites with a large elevation angle decreases depending on the temporal position of the satellites. However, the contribution of the invisible satellite signal may be relatively large, and as a result, deterioration of accuracy may not be avoided.

(3)使用するのに不適切な航法衛星信号を航法衛星アンテナにおいて減衰する方法
(3−1)偏波アイソレーションによる方法
反射信号の円偏波の旋転方向が反転することを利用し、円偏波に依存するアイソレーション特性を有する航法衛星アンテナによって奇数回反射した航法衛星信号の信号強度を減衰させる方法である。この方法では、マルチパス信号の受信強度をある程度は減衰することは可能であるが、航法衛星信号受信装置の受信感度以上の強度の信号は受信できてしまい、マルチパス信号の影響を排除できない可能性がある。さらに2回反射する信号に対しては旋転方向がさらに反転して元に戻るので減衰は得られない。そのため測位、時刻同期に使用するのに適切でない信号を十分に排除できないことがあった。
(3) Method of attenuating a navigation satellite signal that is inappropriate for use at a navigation satellite antenna (3-1) Method by polarization isolation Utilizing the fact that the rotation direction of the circularly polarized light of the reflected signal is reversed, a circle This is a method of attenuating the signal strength of a navigation satellite signal reflected an odd number of times by a navigation satellite antenna having an isolation characteristic depending on polarization. With this method, it is possible to attenuate the reception strength of the multipath signal to some extent, but it is possible to receive a signal with a strength higher than the reception sensitivity of the navigation satellite signal receiver, and the influence of the multipath signal cannot be eliminated. There is sex. For a signal that is reflected twice more, the rotation direction is further reversed and returned to the original state, so that no attenuation can be obtained. Therefore, it may not be possible to sufficiently eliminate signals that are not suitable for use in positioning and time synchronization.

(3−2)指向性アンテナを用いる方法
航法衛星アンテナの鉛直上方向の指向性により地面や低仰角からの反射波を減衰させる方法である。この方法は、上記と同様、反射波の受信信号強度をある程度は減衰することはできても、使用するのに適切でない信号を十分に排除できないことがあった。
(3-2) Method using a directional antenna This is a method of attenuating reflected waves from the ground or a low elevation angle by the directivity in the vertical upward direction of the navigation satellite antenna. Similar to the above, this method can attenuate the received signal strength of the reflected wave to some extent, but may not sufficiently eliminate signals that are not suitable for use.

(4)統計的処理により衛星選択を行う方法
マルチGNSSの利用形態ではより多くの可視衛星数を確保できるため、精度を向上する上で有効であるが、統計的処理により衛星選択を行う方法では受信した航法衛星信号数の増大に伴い信号の処理負荷が指数関数的に増加する課題がある。このためGNSS受信機の信号処理のリソースの制限から衛星選択のための演算が実施できない、あるいは計算時間を要し、タイムリーに衛星選択を行うことができない場合があった。
(4) Method of selecting satellites by statistical processing The multi-GNSS usage pattern is effective in improving accuracy because a larger number of visible satellites can be secured, but the method of selecting satellites by statistical processing is effective. There is a problem that the signal processing load increases exponentially as the number of received navigation satellite signals increases. For this reason, there are cases where the calculation for satellite selection cannot be performed due to the limitation of the signal processing resource of the GNSS receiver, or the calculation time is required and the satellite selection cannot be performed in a timely manner.

上記のように、従来技術(1)〜(4)では、高精度な時刻同期又は測位を実現する上で使用するのに適切な航法衛星信号と、適切でない航法衛星信号の選択が正しく行えないことがあった。 As described above, in the prior arts (1) to (4), it is not possible to correctly select a navigation satellite signal suitable for use in realizing highly accurate time synchronization or positioning and a navigation satellite signal that is not suitable for use. There was something.

本発明は上記の問題点に鑑みなされたものであり、航法衛星信号を受信する開空間が制限され、不可視衛星信号が直接波を伴わないマルチパス信号として受信される、航法衛星信号の受信状態が良好ではない環境においても、高精度な時刻同期又は測位を実現することが可能な航法衛星システム受信装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and the reception state of the navigation satellite signal in which the open space for receiving the navigation satellite signal is limited and the invisible satellite signal is received as a multipath signal without a direct wave. It is an object of the present invention to provide a navigation satellite system receiver capable of realizing highly accurate time synchronization or positioning even in an environment where the above conditions are not good.

上記目的を達成するために、本願発明は、複数の航法衛星から受信した航法衛星信号に基づき測位処理又は前記航法衛星との時刻同期処理の少なくとも一方を行う航法衛星システム受信装置において、4つ以上の航法衛星から同時に受信した航法衛星信号に基づき受信位置及び受信時刻を算出する航法衛星信号受信部と、同時受信可能な4つ以上の航法衛星からの各航法衛星信号に基づき受信位置の初期値及び各航法衛星の軌道位置を算出し、算出した受信位置及び軌道位置並びに各航法衛星信号に含まれる時刻情報に基づき各航法衛星信号の到達時刻を算出し、算出した到達時刻に基づき航法衛星信号を抽出し、抽出した航法衛星信号に基づき受信位置を算出し、算出した受信位置を用いて前記到達時刻の算出処理と前記航法衛星信号の抽出処理と前記受信位置の算出処理とを再帰的に行い、再帰の終了時において抽出された航法衛星信号に基づき測位処理又は時刻同期処理を行うよう制御する制御部とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention relates to four or more navigation satellite system receivers that perform at least one of positioning processing or time synchronization processing with the navigation satellite based on navigation satellite signals received from a plurality of navigation satellites. The navigation satellite signal receiver that calculates the reception position and reception time based on the navigation satellite signals received simultaneously from the navigation satellites of, and the initial value of the reception position based on each navigation satellite signal from four or more navigation satellites that can be received simultaneously. And the orbital position of each navigation satellite is calculated, the arrival time of each navigation satellite signal is calculated based on the calculated reception position and orbit position and the time information included in each navigation satellite signal, and the navigation satellite signal is calculated based on the calculated arrival time. Is extracted, the reception position is calculated based on the extracted navigation satellite signal, and the calculation process of the arrival time, the extraction process of the navigation satellite signal, and the calculation process of the reception position are recursively performed using the calculated reception position. It is characterized in that it is provided with a control unit that controls to perform positioning processing or time synchronization processing based on the navigation satellite signal extracted at the end of recurrence.

本発明によれば、時刻同期や測位に使用するのに適切な航法衛星信号と、適切でない航法衛星信号の選択を正しく行うことができる。このため、航法衛星信号を受信する開空間が制限され、不可視衛星信号が直接波を伴わないマルチパス信号として受信される、航法衛星信号の受信状態が良好ではない環境においても、高精度な時刻同期や測位を実現する効果が期待される。 According to the present invention, it is possible to correctly select a navigation satellite signal suitable for use in time synchronization and positioning and a navigation satellite signal not suitable for use. For this reason, the open space for receiving the navigation satellite signal is limited, and the invisible satellite signal is received as a multipath signal without direct waves, and the time is highly accurate even in an environment where the reception state of the navigation satellite signal is not good. The effect of realizing synchronization and positioning is expected.

4機以上の航法衛星信号を使用して測位、時刻同期を同時に行う形態では以下の効果が期待できる。 The following effects can be expected in a form in which positioning and time synchronization are performed simultaneously using four or more navigation satellite signals.

(A)受信環境における可視衛星数に依存せず、可視衛星および、伝搬遅延のより小さい不可視衛星を必要に応じて補完的に選択するため、受信環境や受信時刻において最適な航法衛星信号をダイナミックかつアダプティブに選択することによって高精度な時刻同期や測位を実現する効果が期待される。 (A) In order to selectively select visible satellites and invisible satellites with smaller propagation delay as necessary without depending on the number of visible satellites in the reception environment, the optimum navigation satellite signal in the reception environment and reception time is dynamically selected. Moreover, by selecting it adaptively, the effect of realizing highly accurate time synchronization and positioning is expected.

(B)航法衛星アンテナの受信特性、航法衛星信号受信装置の性能に依存せず、マルチパス信号の影響を効果的に排除することが期待される。 (B) It is expected that the influence of the multipath signal is effectively eliminated without depending on the reception characteristics of the navigation satellite antenna and the performance of the navigation satellite signal receiver.

(C)受信環境に応じてパラメータ値を適切に設定することにより、可視衛星数が少なく不可視衛星のマルチパス信号を多く受信する、良好ではない受信環境だけでなく、オープンスカイ受信環境を含むあらゆる受信環境において高精度な時刻同期や測位を安定的に実現する効果が期待される。 (C) By appropriately setting the parameter values according to the reception environment, not only a poor reception environment that receives a large number of multipath signals of invisible satellites with a small number of visible satellites, but also any environment including an open sky reception environment. It is expected to have the effect of stably realizing highly accurate time synchronization and positioning in the reception environment.

(D)本発明では受信した航法衛星信号から少なくとも4機以上の、時刻同期や測位に使用する航法衛星信号の選択を行うため、受信した航法衛星信号の受信信号強度、信号対雑音比や仰角等に閾値を設定し、測位、時刻同期に使用する航法衛星信号を選択する従来の方法で課題となっていた、必要な航法衛星数を確保できないといったリスクを生じない。 (D) In the present invention, in order to select at least four or more navigation satellite signals to be used for time synchronization and positioning from the received navigation satellite signals, the received signal strength, signal-to-noise ratio and elevation angle of the received navigation satellite signals are selected. There is no risk that the required number of navigation satellites cannot be secured, which has been a problem in the conventional method of setting a threshold value such as, and selecting a navigation satellite signal to be used for positioning and time synchronization.

(E)本発明では航法衛星アンテナにおいて円偏波アイソレーション特性や鉛直方向の指向性を実装する必要がないため、副次的な効果として、航法衛星アンテナのコストを低減することが可能となる。 (E) In the present invention, since it is not necessary to implement circularly polarized isolation characteristics and vertical directivity in the navigation satellite antenna, it is possible to reduce the cost of the navigation satellite antenna as a secondary effect. ..

時刻同期装置の一例を示す構成図Configuration diagram showing an example of a time synchronization device 許容誤差値と時刻同期精度の関係を示すグラフGraph showing the relationship between the tolerance value and the time synchronization accuracy オープンスカイ受信環境における時刻精度の計測系を示す構成図Configuration diagram showing the time accuracy measurement system in the open sky reception environment オープンスカイ受信環境における許容誤差値に対する時刻精度の計測結果Measurement result of time accuracy with respect to margin of error value in open sky reception environment オープンスカイ受信環境における許容誤差値に対する使用されたGPS衛星信号の状況Status of GPS satellite signals used for tolerance values in an open sky reception environment マルチパス受信環境における許容誤差値に対する時刻精度の計測結果Measurement result of time accuracy for tolerance value in multipath reception environment マルチパス受信環境における衛星選択アルゴリズム無効で使用されたGPS衛星信号の状況Status of GPS satellite signals used with the satellite selection algorithm disabled in a multipath reception environment マルチパス受信環境における衛星選択アルゴリズム有効で使用されたGPS衛星信号の状況Status of GPS satellite signals used with the satellite selection algorithm enabled in a multipath reception environment オープンスカイ受信環境におけるGPS衛星信号の受信状態を説明する図The figure explaining the reception state of the GPS satellite signal in the open sky reception environment マルチパス受信環境におけるGPS衛星信号の受信状態を説明する図The figure explaining the reception state of the GPS satellite signal in the multipath reception environment. CNR閾値を上回る航法衛星信号数と許容誤差値との関係を説明する図The figure explaining the relationship between the number of navigation satellite signals exceeding the CNR threshold and the margin of error value. マルチパス受信環境における測位精度の計測結果Measurement result of positioning accuracy in multipath reception environment マルチパス信号の発生状況を説明する模式図Schematic diagram explaining the generation status of multipath signals マルチパス信号を受信する環境を説明する図Diagram illustrating an environment for receiving multipath signals マルチパス信号の受信状況を説明する図The figure explaining the reception situation of a multipath signal マルチパス受信環境の時刻精度の計測系を示す構成図Configuration diagram showing the time accuracy measurement system in a multipath reception environment マルチパス受信環境の時刻精度の劣化とSNRマスクによる改善効果の計測結果Measurement results of deterioration of time accuracy in multipath reception environment and improvement effect by SNR mask 航法衛星の仰角と反射波の関係を示す模式図Schematic diagram showing the relationship between the elevation angle of a navigation satellite and the reflected wave マルチパス受信環境の時刻精度の劣化と仰角マスクによる改善効果の計測結果Measurement results of deterioration of time accuracy in multipath reception environment and improvement effect by elevation mask

本発明の一実施の形態に係る航法衛星システム受信装置を含むシステム全体の構成を図1に示す。本システムでは、航法衛星システム受信装置の一例として時刻同期装置について説明する。本システムは、航法衛星アンテナ1、航法衛星信号受信部2、時刻情報生成部3、制御部4、設定部5を備える。時刻同期装置の実装形態は不問であり、コンピュータにプログラムをインストールすることにより実装してもよいし、専用のハードゥエア装置として実装してもよい。 FIG. 1 shows the configuration of the entire system including the navigation satellite system receiver according to the embodiment of the present invention. In this system, a time synchronization device will be described as an example of a navigation satellite system receiver. This system includes a navigation satellite antenna 1, a navigation satellite signal reception unit 2, a time information generation unit 3, a control unit 4, and a setting unit 5. The mounting form of the time synchronization device does not matter, and it may be mounted by installing a program on the computer, or it may be mounted as a dedicated hard air device.

航法衛星アンテナ1は、航法衛星信号を受信するためのアンテナである。航法衛星信号受信部2は、複数の航法衛星信号を受信し、受信位置における時刻情報を計算し、時刻情報生成部3へ出力する機能部である。時刻情報生成部3は、時刻情報を生成し外部へ出力する機能部である。制御部4は、航法衛星信号受信部および時刻情報生成部を制御するための機能部である。設定部5は、システムの各種のパラメータの設定を行うための機能部である。以下に各機能部の構成・動作について詳述する。 The navigation satellite antenna 1 is an antenna for receiving a navigation satellite signal. The navigation satellite signal receiving unit 2 is a functional unit that receives a plurality of navigation satellite signals, calculates time information at the receiving position, and outputs the time information to the time information generation unit 3. The time information generation unit 3 is a functional unit that generates time information and outputs it to the outside. The control unit 4 is a functional unit for controlling the navigation satellite signal reception unit and the time information generation unit. The setting unit 5 is a functional unit for setting various parameters of the system. The configuration and operation of each functional unit will be described in detail below.

航法衛星アンテナ1は、航法衛星信号受信部2との間を同軸ケーブル等で接続され、受信した航法衛星信号を航法衛星信号受信部2へ伝送する。 The navigation satellite antenna 1 is connected to the navigation satellite signal receiving unit 2 by a coaxial cable or the like, and transmits the received navigation satellite signal to the navigation satellite signal receiving unit 2.

航法衛星信号受信部2は、少なくとも4機の航法衛星の信号を同時に受信することで信号の受信位置の3次元座標情報(x,y,z)及び航法衛星から受信した時刻情報を航法衛星の位置から受信地点までの伝播遅延時間に基づき補正した受信時刻情報(t)の4つのパラメータを計算により特定する。 The navigation satellite signal receiving unit 2 simultaneously receives the signals of at least four navigation satellites, and receives the three-dimensional coordinate information (x, y, z) of the signal reception position and the time information received from the navigation satellites of the navigation satellite. The four parameters of the reception time information (t) corrected based on the propagation delay time from the position to the reception point are specified by calculation.

さらに航法衛星信号受信部2は、航法衛星アンテナ1と航法衛星信号受信部2との間の同軸ケーブル等の伝送路の伝送遅延時間を補正し、航法衛星アンテナ1の設置位置における時刻情報を生成する。 Further, the navigation satellite signal receiving unit 2 corrects the transmission delay time of the transmission line such as the coaxial cable between the navigation satellite antenna 1 and the navigation satellite signal receiving unit 2, and generates time information at the installation position of the navigation satellite antenna 1. To do.

航法衛星信号受信部2は、このようにして生成された航法衛星に同期した時刻情報と使用した航法衛星に関する情報を時刻情報生成部3および制御部4に出力する。時刻情報としては一例として、航法衛星信号に同期した1PPS(Pulse Per Second)等の信号形式のタイミング信号および時間・秒などの絶対時刻に関する情報(ToD:Time of the Day)を通知するための、NMEA0183等のフォーマットによるタイムコード・データが使用される。また、航法衛星に関する情報としては、NMEA0183等のフォーマットによる航法衛星システム種別、衛星番号、方位、仰角、CNRなどが使用される。一方、航法衛星信号受信部2で測位、時刻同期に使用する航法衛星信号の選択は、制御部4の指示に基づく。 The navigation satellite signal receiving unit 2 outputs the time information synchronized with the navigation satellite thus generated and the information about the navigation satellite used to the time information generation unit 3 and the control unit 4. As an example of time information, a timing signal in a signal format such as 1PPS (Pulse Per Second) synchronized with a navigation satellite signal and information on absolute time such as time and seconds (ToD: Time of the Day) are notified. Timecode data in a format such as NMEA0183 is used. Further, as information on the navigation satellite, the navigation satellite system type, satellite number, orientation, elevation angle, CNR, etc. in a format such as NMEA 0183 are used. On the other hand, the selection of the navigation satellite signal used for positioning and time synchronization by the navigation satellite signal receiving unit 2 is based on the instruction of the control unit 4.

航法衛星信号受信部2は、装置の内部に設置しても良いし、装置の外部に置かれた航法衛星信号受信装置を使用しても良い。航法衛星信号受信部2は、航法衛星信号による測位により計算された受信位置情報を記憶することができる。その場合、航法衛星アンテナ1の位置を移動しないという前提であれば、その後は最低1基の航法衛星信号を受信すれば時刻同期を継続的に行うことができる。なお、記憶した受信位置情報及び最低1基の航法衛星信号を用いて時刻同期を継続的に行うことを「位置固定モード」と呼ぶものとする。 The navigation satellite signal receiving unit 2 may be installed inside the device, or may use a navigation satellite signal receiving device placed outside the device. The navigation satellite signal receiving unit 2 can store the reception position information calculated by positioning with the navigation satellite signal. In that case, if it is assumed that the position of the navigation satellite antenna 1 does not move, then if at least one navigation satellite signal is received, the time synchronization can be continuously performed. It should be noted that continuous time synchronization using the stored reception position information and at least one navigation satellite signal is referred to as "position fixed mode".

時刻情報生成部3は、航法衛星信号に同期した時刻情報の生成を担う機能部であり、航法衛星信号受信部2から供給される時刻情報に基づき、所定の標準的な時刻、ここでは前述したUTCに同期した時刻信号を生成する。具体的には、時刻情報生成部3は、内部に基準周波数発振器および位相同期回路(PLL:Phase Locked Loop)を搭載し、航法衛星信号受信部2から供給される1PPS信号に対して従属的にタイミングを同期すると同時に、航法衛星信号受信部2から供給されるToD情報による絶対時刻に整合した時刻情報を生成する。時刻情報生成部3は、航法衛星信号受信部2からの信号が中断した場合は、基準周波数発振器により自走(ホールドオーバ)することにより時刻情報の生成を維持、継続することができる。 The time information generation unit 3 is a functional unit that is responsible for generating time information synchronized with the navigation satellite signal, and is a predetermined standard time based on the time information supplied from the navigation satellite signal reception unit 2, which is described above. Generates a time signal synchronized with UTC. Specifically, the time information generation unit 3 is equipped with a reference frequency oscillator and a phase-locked loop (PLL) internally, and is dependent on the 1PPS signal supplied from the navigation satellite signal reception unit 2. At the same time as synchronizing the timing, time information consistent with the absolute time based on the ToD information supplied from the navigation satellite signal receiving unit 2 is generated. When the signal from the navigation satellite signal receiving unit 2 is interrupted, the time information generation unit 3 can maintain and continue the generation of the time information by self-propelling (holdover) with the reference frequency oscillator.

また、時刻情報生成部3は、時刻同期を行う装置外部の装置(被時刻同期装置)に対して時刻情報を供給する役割を担う。この際に使用される時刻情報としては、上記の1PPS/ToDの他にIEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)1588 version2で規定されるPTP(Precision Time Protocol)プロトコルを使用して、Ethernet(登録商標)等のパケット通信インタフェースを介して時刻情報が供給されるケースも想定される。 Further, the time information generation unit 3 plays a role of supplying time information to a device (timed synchronization device) outside the device that performs time synchronization. As the time information used at this time, in addition to the above 1PPS / ToD, the PTP (Precision Time Protocol) protocol defined in IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 1588 version 2 is used, and Ethernet (registered trademark) is used. ), Etc., the time information may be supplied via the packet communication interface.

制御部4は、設定部5に入力されたパラメータの情報に基づき、後述する時刻情報を生成するアルゴリズムを実現するために航法衛星信号受信部2および時刻情報生成部3の制御、航法衛星信号受信部2から出力された時刻情報の比較、航法衛星の抽出等の処理を行う。 The control unit 4 controls the navigation satellite signal reception unit 2 and the time information generation unit 3 and receives the navigation satellite signal in order to realize an algorithm for generating time information described later based on the parameter information input to the setting unit 5. Processing such as comparison of time information output from part 2 and extraction of navigation satellites is performed.

設定部5は、外部からシステムの動作に必要な各種パラメータの設定を行う。設定するパラメータには、航法衛星アンテナ1と航法衛星信号受信部2を接続する同軸ケーブル等の伝送路で生じる伝送遅延時間の補正値、使用する航法衛星信号種別、航法衛星信号受信位置のタイムゾーンおよび後述する測位情報および時刻情報を生成するアルゴリズムを実現する上でのパラメータの設定等が含まれる。 The setting unit 5 sets various parameters necessary for the operation of the system from the outside. The parameters to be set include the correction value of the transmission delay time that occurs in the transmission line such as the coaxial cable that connects the navigation satellite antenna 1 and the navigation satellite signal receiver 2, the type of navigation satellite signal to be used, and the time zone of the navigation satellite signal reception position. It also includes setting parameters for realizing an algorithm for generating positioning information and time information, which will be described later.

本発明は、不可視衛星信号が直接波を伴わないマルチパス信号(反射波、回折波)として受信される場合に航法衛星システムの時刻との誤差の小さい高精度な時刻情報や、高精度な位置情報を生成する航法衛星システム受信装置に関する。以下にその動作アルゴリズムについて説明する。 The present invention provides highly accurate time information and highly accurate position with little error from the time of the navigation satellite system when the invisible satellite signal is received as a multipath signal (reflected wave, diffracted wave) without a direct wave. Concers about navigation satellite system receivers that generate information. The operation algorithm will be described below.

まず、前提条件として、航法衛星アンテナ1の周辺に航法衛星信号の伝搬を遮蔽する構造物が存在する環境で可視衛星信号(直接波信号または直接波を伴うマルチパス信号)、不可視衛星信号(直接波を伴わないマルチパス信号)を問わず、4機以上の航法衛星の信号を受信できるものとする。また、受信した航法衛星信号が可視衛星信号であるか、不可視衛星信号であるかは不可知であるとする。 First, as a prerequisite, a visible satellite signal (direct wave signal or a multipath signal accompanied by a direct wave) and an invisible satellite signal (direct) in an environment where a structure that blocks the propagation of the navigation satellite signal exists around the navigation satellite antenna 1. Regardless of (multipath signal without waves), it shall be possible to receive signals from four or more navigation satellites. Further, it is unknown whether the received navigation satellite signal is a visible satellite signal or an invisible satellite signal.

以上の前提条件で、以下の手順により、受信した航法衛星信号から測位、時刻同期に使用する航法衛星を選択し、測位、時刻精度の向上を図る。ここで測位精度の向上とは航法衛星アンテナ1による航法衛星信号の受信位置の座標の真値と測位結果の座標の差を小さくすることを意味する。時刻精度の向上とは航法衛星アンテナ1による航法衛星信号の受信位置においてオープンスカイ環境で受信した可視衛星信号で生成される時刻からの差を小さくすることを意味する。手順に従った時刻情報の生成を行うために設定部5において設定されたパラメータの設定値に基づき、制御部4は、航法衛星信号受信部2および時刻情報生成部3の制御を行う。 Under the above preconditions, the navigation satellite to be used for positioning and time synchronization is selected from the received navigation satellite signals according to the following procedure to improve the positioning and time accuracy. Here, improving the positioning accuracy means reducing the difference between the true value of the coordinates of the receiving position of the navigation satellite signal by the navigation satellite antenna 1 and the coordinates of the positioning result. Improving the time accuracy means reducing the difference from the time generated by the visible satellite signal received in the open sky environment at the receiving position of the navigation satellite signal by the navigation satellite antenna 1. The control unit 4 controls the navigation satellite signal receiving unit 2 and the time information generating unit 3 based on the set values of the parameters set in the setting unit 5 to generate the time information according to the procedure.

手順は以下に述べる手順(A)初期座標値決定手順および手順(B)衛星選択・時刻同期手順から構成される。手順(A)は航法衛星信号の受信を開始してから初期座標値を決定するまでの手順であり、手順(B)は航法衛星信号を選択し、測位・時刻同期を行う手順である。この手順(A)及び(B)による処理では、時刻同期装置の受信位置の推定を行うことから「位置推定モード」と呼ぶものとする。 The procedure consists of the following procedure (A) initial coordinate value determination procedure and procedure (B) satellite selection / time synchronization procedure. The procedure (A) is a procedure from the start of receiving the navigation satellite signal to the determination of the initial coordinate value, and the procedure (B) is a procedure of selecting the navigation satellite signal and performing positioning and time synchronization. In the processing according to the procedures (A) and (B), since the reception position of the time synchronization device is estimated, it is called "position estimation mode".

手順(A)
(ア)時刻同期装置を起動後にあらかじめ設定部5において設定した所定の受信時間を経て受信した、n個の航法衛星信号のうち、あらかじめ設定部5において設定した信号対雑音比(SNR)の閾値を超える航法衛星信号を選択する。ここでSNRの指標の一つとしてCNRを使用することができる。選択された衛星数が4機に満たない場合、合計の衛星数が4機となるように選択された衛星に加えてCNRが大きい衛星から航法衛星信号を選択する。ここで前記受信時間は、時刻同期装置が航法衛星信号を捕捉し、航法衛星信号から衛星の軌道情報、すなわち航法衛星の位置情報を取得するために設定する。衛星軌道情報はGPSの場合、運行している全てのGPS衛星の概略軌道データであるアルマナック(Almanac)データと各衛星の精密軌道データであるエフェメリス(Ephemeris)データの2種類の軌道データがある。それぞれ航法衛星信号に含まれる航法メッセージから取得することができるが、アルマナックデータを取得するには12分30秒を要する。しかし、CNRの大きい航法衛星信号はランダム・サーチと呼ばれる動作で起動後に速やかに受信され、当該衛星の軌道データは当該衛星の航法メッセージからエフェメリスデータとして取得することができる。従って、前記受信時間はアルマナックデータの取得に要する時間より短い時間の設定であっても必ずしも動作に支障があるわけではない。また、衛星軌道情報は航法メッセージから取得する他にAssisted GNSS方式によりモバイル網を経由してSUPL(Secure User Plane Location)サーバより取得する方法や、インターネット上に公開されている軌道情報を取得する方法もある。以下は航法衛星の軌道情報を公開するサイトの一例である。
URL: http://sys.qzss.go.jp/dod/archives/pnt.html
(イ)前記(ア)で選択された航法衛星信号を使用して測位を行い、その結果を初期座標値とする。
Procedure (A)
(A) Of the n navigation satellite signals received after the predetermined reception time set in advance in the setting unit 5 after the time synchronization device is activated, the signal-to-noise ratio (SNR) threshold value set in advance in the setting unit 5. Select navigation satellite signals that exceed. Here, CNR can be used as one of the indicators of SNR. If the number of selected satellites is less than 4, the navigation satellite signal is selected from the satellites having a large CNR in addition to the satellites selected so that the total number of satellites is 4. Here, the reception time is set so that the time synchronization device captures the navigation satellite signal and acquires the orbit information of the satellite, that is, the position information of the navigation satellite from the navigation satellite signal. In the case of GPS, there are two types of satellite orbit data: Almanac data, which is the approximate orbit data of all GPS satellites in operation, and Ephemeris data, which is the precise orbit data of each satellite. Each can be obtained from the navigation message included in the navigation satellite signal, but it takes 12 minutes and 30 seconds to obtain the almanac data. However, the navigation satellite signal with a large CNR is received promptly after activation by an operation called random search, and the orbit data of the satellite can be acquired as ephemeris data from the navigation message of the satellite. Therefore, even if the reception time is set to be shorter than the time required to acquire the almanac data, the operation is not necessarily hindered. In addition to acquiring satellite orbit information from navigation messages, a method of acquiring satellite orbit information from a SUPL (Secure User Plane Location) server via a mobile network using the Assisted GNSS method, or a method of acquiring orbit information published on the Internet. There is also. The following is an example of a site that publishes orbit information of navigation satellites.
URL: http://sys.qzss.go.jp/dod/archives/pnt.html
(B) Positioning is performed using the navigation satellite signal selected in (a) above, and the result is used as the initial coordinate value.

手順(B)
(ア)手順(A)で算出した初期座標値に基づき、受信したn個の航法衛星それぞれの位置と航法衛星信号の時刻から、初期座標値の位置への到達時刻を算出する。
(イ)前記(ア)で算出されたn個の到達時刻のうち最も早い時刻Tを決定する。
(ウ)次にあらかじめ設定部5において設定した許容誤差値dTによりT+dTの基準時刻を設定する。
(エ)前記(ア)で算出されたn個の到達時刻のうちT+dTより早くなる航法衛星信号を抽出する。
(オ)前記(エ)で抽出された航法衛星信号数が4以上の場合、抽出された航法衛星信号を使用して測位を行い、前記(ア)の初期座標値を更新する。
(カ)あらかじめ設定部5において設定した座標値更新期間の間、前記(ア)〜(オ)を繰り返し行う。すなわち、位置情報をパラメータとし且つ終了条件が処理時間である再帰処理を行う。
(キ)前記(カ)で抽出された航法衛星信号を使用して測位、時刻同期を行い、得られた時刻情報を、受信した航法衛星信号で生成された時刻情報とする。
Procedure (B)
(A) Based on the initial coordinate value calculated in the procedure (A), the arrival time at the position of the initial coordinate value is calculated from the position of each of the received n navigation satellites and the time of the navigation satellite signal.
(B) The earliest time T 0 among the n arrival times calculated in (a) above is determined.
(C) Next, the reference time of T 0 + dT 1 is set by the permissible error value dT 1 set in advance in the setting unit 5.
(D) Of the n arrival times calculated in (a) above, a navigation satellite signal earlier than T 0 + dT 1 is extracted.
(E) When the number of navigation satellite signals extracted in (d) above is 4 or more, positioning is performed using the extracted navigation satellite signals and the initial coordinate values in (a) above are updated.
(F) During the coordinate value update period set in advance in the setting unit 5, the above steps (a) to (e) are repeated. That is, recursive processing is performed in which the position information is used as a parameter and the end condition is the processing time.
(G) Positioning and time synchronization are performed using the navigation satellite signal extracted in (f) above, and the obtained time information is used as the time information generated by the received navigation satellite signal.

本発明では、上記手順(B)に替えて下記の手順(B’)および(B”)を実施してもよい。以下に、手順(B’)および(B”)について詳述する。 In the present invention, the following procedures (B') and (B ") may be performed instead of the above procedure (B). The procedures (B') and (B") will be described in detail below.

手順(B’)
(ア)手順(A)で算出した初期座標値に基づき、受信したn個の航法衛星それぞれの位置と航法衛星信号の時刻から、初期座標値の位置への到達時刻を算出する。
(イ)受信したn個の航法衛星のうちm個(ただしn>m)のnCm通りの組み合わせのそれぞれに対し、前記(ア)で算出された、初期座標値の位置への到達時刻の平均値を算出する。
(ウ)前記(イ)で算出されたnCm個の到達時刻の平均値のうち最も早い時刻Tを決定する。
(エ)次にあらかじめ設定部5において設定した許容誤差値dTによりT+dTの基準時刻を設定する。
(オ)前記(ア)で算出されたn個の到達時刻のうちT+dTより早くなる航法衛星信号を抽出する。
(カ)前記(オ)で抽出された航法衛星信号が4以上の場合、抽出された航法衛星信号を使用して測位を行い、前記(ア)の初期座標値を更新する。
(キ)あらかじめ設定部5において設定した座標値更新期間の間、前記(ア)〜(カ)を繰り返し行う。すなわち、位置情報をパラメータとし且つ終了条件が処理時間である再帰処理を行う。
(ク)前記(キ)で抽出された航法衛星信号を使用して測位、時刻同期を行い、得られた時刻情報を、受信した航法衛星信号で生成された時刻情報とする。
Procedure (B')
(A) Based on the initial coordinate value calculated in the procedure (A), the arrival time at the position of the initial coordinate value is calculated from the position of each of the received n navigation satellites and the time of the navigation satellite signal.
(B) For each of the nCm combinations of m (however, n> m) of the received n navigation satellites, the average of the arrival times at the positions of the initial coordinate values calculated in (a) above. Calculate the value.
(C) The earliest time T 0 among the average values of nCm arrival times calculated in (a) above is determined.
(D) Next, the reference time of T 0 + dT 2 is set by the permissible error value dT 2 set in advance in the setting unit 5.
(E) Of the n arrival times calculated in (a) above, a navigation satellite signal earlier than T 0 + dT 2 is extracted.
(F) When the number of navigation satellite signals extracted in (e) is 4 or more, positioning is performed using the extracted navigation satellite signal, and the initial coordinate values in (a) above are updated.
(G) During the coordinate value update period set in advance in the setting unit 5, the above (a) to (f) are repeated. That is, recursive processing is performed in which the position information is used as a parameter and the end condition is the processing time.
(H) Positioning and time synchronization are performed using the navigation satellite signal extracted in (g) above, and the obtained time information is used as the time information generated by the received navigation satellite signal.

手順(B”)
(ア)手順(A)で算出した初期座標値に基づき、受信したn個の航法衛星それぞれの位置と航法衛星信号の時刻から、初期座標値の位置への到達時刻を算出する。
(イ)受信したn個の航法衛星のうちm個(ただしn>m)のnCm通りの組み合わせのそれぞれに対し、前記(ア)で算出された、初期座標値の位置への到達時刻の平均値を算出する。
(ウ)前記(イ)で算出されたnCm個の到達時刻の平均値のうち最も早い時刻Tを決定する。
(エ)次にあらかじめ設定部5において設定した許容誤差値dTによりT+dTの基準時刻を設定する。
(オ)前記(イ)で算出されたnCm個の組み合わせの到達時刻の平均値のうちT+dTより早くなる組み合わせに含まれる航法衛星信号を抽出する。
(カ)前記(オ)で抽出された航法衛星信号を使用して測位を行い、前記(ア)の初期座標値を更新する。
(キ)あらかじめ設定部5において設定した座標値更新期間の間、前記(ア)〜(カ)を繰り返し行う。すなわち、位置情報をパラメータとし且つ終了条件が処理時間である再帰処理を行う。
(ク)前記(キ)で抽出された航法衛星信号を使用して測位、時刻同期を行い、得られた時刻情報を、受信した航法衛星信号で生成された時刻情報とする。
Procedure (B ")
(A) Based on the initial coordinate value calculated in the procedure (A), the arrival time at the position of the initial coordinate value is calculated from the position of each of the received n navigation satellites and the time of the navigation satellite signal.
(B) For each of the nCm combinations of m (however, n> m) of the received n navigation satellites, the average of the arrival times at the positions of the initial coordinate values calculated in (a) above. Calculate the value.
(C) The earliest time T 0 among the average values of nCm arrival times calculated in (a) above is determined.
(D) Next, the reference time of T 0 + dT 3 is set by the permissible error value dT 3 set in advance in the setting unit 5.
(E) Of the average value of the arrival times of nCm combinations calculated in (a) above, the navigation satellite signal included in the combination earlier than T 0 + dT 3 is extracted.
(F) Positioning is performed using the navigation satellite signal extracted in (e) above, and the initial coordinate values in (a) above are updated.
(G) During the coordinate value update period set in advance in the setting unit 5, the above (a) to (f) are repeated. That is, recursive processing is performed in which the position information is used as a parameter and the end condition is the processing time.
(H) Positioning and time synchronization are performed using the navigation satellite signal extracted in (g) above, and the obtained time information is used as the time information generated by the received navigation satellite signal.

なお、上記の許容誤差値dT(手順(B)のdT、手順(B’)のdT2、手順(B”)のdT)は、設定部5により設定されるパラメータである。ここで、許容誤差値dTとして0を設定する場合もあることに留意されたい。許容誤差値dTの決定手法については後述する。 The above margin of error value dT (dT 1 in procedure (B), dT 2 in procedure (B'), dT 3 in procedure (B ")) is a parameter set by the setting unit 5. It should be noted that 0 may be set as the permissible error value dT. The method for determining the permissible error value dT will be described later.

以下に各手順において、受信される可視衛星信号数のそれぞれのケースにおいて時刻同期精度が改善される理由を説明する。 The reason why the time synchronization accuracy is improved in each case of the number of visible satellite signals received in each procedure will be described below.

受信強度またはCNRの閾値が所定の閾値より上回る航法衛星信号に係る衛星は可視衛星である蓋然性が高い。CNRが40dB−Hz以上で受信される場合、その航法衛星信号は可視衛星信号である可能性が高い。そこで、手順(A)においてはCNR閾値として40dB−Hzの値を用いると好適である。CNR閾値を上回る衛星数が4機未満の場合、CNRの大きい順に航法衛星信号を選択し、4機とする。このようにして手順(A)において選択された航法衛星信号は可視衛星信号を多く含むことが期待され、その結果、手順(A)において算出された初期座標値の誤差が受信した全ての航法衛星信号を使用して算出された座標値の誤差と比較して小さいことが期待される。 A satellite related to a navigation satellite signal whose reception intensity or CNR threshold value exceeds a predetermined threshold value is likely to be a visible satellite. If the CNR is received above 40 dB-Hz, the navigation satellite signal is likely to be a visible satellite signal. Therefore, in the procedure (A), it is preferable to use a value of 40 dB-Hz as the CNR threshold value. If the number of satellites exceeding the CNR threshold is less than 4, the navigation satellite signals are selected in descending order of CNR, and the number is set to 4. The navigation satellite signals selected in the procedure (A) in this way are expected to contain a large amount of visible satellite signals, and as a result, all the navigation satellites received by the error of the initial coordinate values calculated in the procedure (A). It is expected to be small compared to the error of the coordinate values calculated using the signal.

次に手順(B)では手順(A)で算出された初期座標値に対し、到達時刻の早い航法衛星信号を選択する。このようにして選択された航法衛星信号は可視衛星もしくは伝搬遅延の小さい不可視衛星である蓋然性が高い。選択された航法衛星信号が4機以上の場合、測位演算を行い手順(A)で算出された初期座標値を更新するため初期座標値の誤差が低減されることが期待される。手順(B)であらかじめ設定した座標値更新期間の間(ア)〜(オ)を繰り返し行うことにより、初期座標値の誤差がより漸次低減され、これに基づき選択された航法衛星信号は可視衛星もしくは伝搬遅延の小さい不可視衛星である確度が向上することが期待される。 Next, in the procedure (B), a navigation satellite signal having an earlier arrival time is selected with respect to the initial coordinate value calculated in the procedure (A). The navigation satellite signal selected in this way is likely to be a visible satellite or an invisible satellite with a small propagation delay. When the number of selected navigation satellite signals is four or more, it is expected that the error of the initial coordinate value will be reduced because the positioning calculation is performed and the initial coordinate value calculated in the procedure (A) is updated. By repeating (a) to (e) during the coordinate value update period preset in step (B), the error of the initial coordinate value is gradually reduced, and the navigation satellite signal selected based on this is a visible satellite. Alternatively, it is expected that the accuracy of an invisible satellite with a small propagation delay will be improved.

手順(B)では手順(A)で算出した初期座標値に基づき、n個の到達時刻のうち最も早い時刻Tを決定するのに対し、手順(B’)および 手順(B”)では手順(A)で算出した初期座標値に基づき、nCm個の到達時刻の平均値のうち最も早い時刻により時刻Tを算出する。手順(B)ではTに予期しない計測誤差を生じる可能性があるが、手順(B’)および 手順(B”)では複数の航法衛星信号の到達時刻によりTを算出するため計測の揺らぎ等の影響を排除することができる。 In step (B), the earliest time T 0 out of n arrival times is determined based on the initial coordinate values calculated in step (A), whereas in step (B') and step (B "), the procedure Based on the initial coordinate values calculated in (A), the time T 0 is calculated from the earliest time among the average values of the nCm arrival times. In the procedure (B), an unexpected measurement error may occur at T 0 . However, in the procedure (B') and the procedure (B "), T 0 is calculated based on the arrival times of a plurality of navigation satellite signals, so that the influence of measurement fluctuations and the like can be eliminated.

次に、許容誤差値dTの決定手法について詳述する。 Next, the method for determining the tolerance value dT will be described in detail.

許容誤差値dTの設定値の最適値は航法衛星信号の受信状態により異なる。オープンスカイ受信環境においては可視衛星信号が多く受信されるが、その場合には天空上に万遍なく分散する航法衛星信号をできるだけ多く受信することがDOP値を低減し、精度を向上する上で有効である。そのためには許容誤差値dTの値として比較的大きな値を設定し、可視衛星信号をできるだけ多く選択する必要がある。可視衛星信号の到達時刻は基準時刻Tからの遅れは小さいため、許容誤差値dTとして20ns程度に設定すれば全ての可視衛星信号を選択することが可能であると考えられる。一方、許容誤差値dTの値が0または20ns以下の場合には可視衛星信号を全て選択できない可能性がある。 The optimum value of the set value of the permissible error value dT differs depending on the reception state of the navigation satellite signal. In an open skies reception environment, many visible satellite signals are received, but in that case, receiving as many navigation satellite signals as possible evenly distributed in the sky reduces the DOP value and improves accuracy. It is valid. For that purpose, it is necessary to set a relatively large value as the value of the margin of error value dT and select as many visible satellite signals as possible. Since the arrival time of the visible satellite signal has a small delay from the reference time T 0 , it is considered possible to select all the visible satellite signals by setting the permissible error value dT to about 20 ns. On the other hand, if the tolerance value dT is 0 or 20 ns or less, it may not be possible to select all visible satellite signals.

これに対し、可視衛星信号数が4以下のマルチパス受信環境においては許容誤差値dTが0の場合には可視衛星信号を含む、最も高い精度を実現する航法衛星信号を選択することが期待されるが、許容誤差値dTの値が増大するのに伴い、不可視衛星信号が多く選択される結果、測位・時刻同期精度が劣化する懸念がある。つまり、許容誤差値dTの値は小さい方が望ましい。 On the other hand, in a multipath reception environment where the number of visible satellite signals is 4 or less, it is expected to select a navigation satellite signal that achieves the highest accuracy, including the visible satellite signal when the margin of error value dT is 0. However, as the value of the margin of error value dT increases, there is a concern that the positioning / time synchronization accuracy may deteriorate as a result of the selection of many invisible satellite signals. That is, it is desirable that the value of the margin of error value dT is small.

図2は、許容誤差値dTの設定値と時刻同期精度との関係を示す模式図である。オープンスカイ受信環境では、許容誤差値dTの設定値が大きいほど時刻の真値との偏差であるタイムエラーが少なくなるが、マルチパス受信環境では、許容誤差値dTの設定値が大きいほどタイムエラーが多くなることを示している。なお、図2では、可視衛星数が8以上の場合を「オープンスカイ受信環境」であるものとし、可視衛星数が4以下の場合を「マルチパス受信環境」であるものとしている。 FIG. 2 is a schematic diagram showing the relationship between the set value of the tolerance value dT and the time synchronization accuracy. In the open sky reception environment, the larger the setting value of the tolerance value dT, the smaller the time error that is the deviation from the true value of the time. In the multipath reception environment, the larger the setting value of the tolerance value dT, the smaller the time error. Indicates that the number will increase. In FIG. 2, the case where the number of visible satellites is 8 or more is defined as the “open sky reception environment”, and the case where the number of visible satellites is 4 or less is defined as the “multipath reception environment”.

上記実施の形態に係る時刻同期装置を用いて、許容誤差値dTを固定した場合の評価結果を示す。図3はオープンスカイ環境における許容誤差値dTの設定値により生じるタイムエラーを計測するために使用した実験系の構成を示す。参照信号となる基準信号(1PPS信号および10MHzクロック信号)を生成するGPSレシーバ#1は衛星選択を行わない。一方、GPSレシーバ#2は上記実施の形態に係る手順(B’)を使用し、mを4に設定した上で許容誤差値dT(dT)の設定による衛星選択を行う。評価指標は計測されたタイムエラーの値である。 The evaluation result when the permissible error value dT is fixed by using the time synchronization apparatus which concerns on the said Embodiment is shown. FIG. 3 shows the configuration of the experimental system used to measure the time error caused by the set value of the tolerance value dT in the open sky environment. GPS receiver # 1 that generates a reference signal (1PPS signal and 10MHz clock signal) as a reference signal does not perform satellite selection. On the other hand, the GPS receiver # 2 uses the procedure (B') according to the above embodiment, sets m to 4, and then selects a satellite by setting the tolerance value dT (dT 2 ). The evaluation index is the measured time error value.

図4は、オープンスカイ環境において、許容誤差値dTの値を0ns、10ns、20nsとして航法衛星信号を選択した場合のタイムエラーの測定結果である。また、図5は、オープンスカイ環境において、許容誤差値dTの値を0ns、10nsに設定した場合のあるエポック(時刻)における受信および使用(選択)された航法衛星信号の状況を観測するソフトウェアの一部画面コピーである。図5において航法衛星を示す円に付されたハッチングは、当該航法衛星からの航法衛星信号は受信されたが使用(選択)されないことを示す。 FIG. 4 shows the measurement result of the time error when the navigation satellite signal is selected with the tolerance value dT set to 0 ns, 10 ns, and 20 ns in the open sky environment. Further, FIG. 5 shows the software for observing the status of the navigation satellite signal received and used (selected) at the epoch (time) when the margin of error value dT is set to 0 ns and 10 ns in the open sky environment. It is a partial screen copy. The hatches attached to the circles indicating the navigation satellites in FIG. 5 indicate that the navigation satellite signals from the navigation satellites are received but not used (selected).

図4に示すように許容誤差値dTの値を0nsに設定した場合には許容誤差値dTの値を10ns、20nsに設定した場合と比較して30ns程度タイムエラーが増大した。また、図5に示すように許容誤差値dTの値を0nsに設定した場合には4機の衛星が使用されているのに対し、許容誤差値dTの値を10nsに設定した場合には衛星選択を行わない場合と同じ衛星が使用された。即ち、オープンスカイ受信環境ではdTの値を10nsに設定した場合にはより多くの可視衛星信号が選択された結果、DOP値が低下し、時刻同期精度が改善されることが確認された。 As shown in FIG. 4, when the value of the permissible error value dT was set to 0 ns, the time error increased by about 30 ns as compared with the case where the value of the permissible error value dT was set to 10 ns and 20 ns. Further, as shown in FIG. 5, when the value of the permissible error value dT is set to 0 ns, four satellites are used, whereas when the value of the permissible error value dT is set to 10 ns, the satellites are used. The same satellite was used as if no selection was made. That is, it was confirmed that in the open sky reception environment, when the dT value was set to 10 ns, as a result of selecting more visible satellite signals, the DOP value decreased and the time synchronization accuracy was improved.

図6は図14及び図15に示すマルチパス受信環境において図16の計測系を使用してタイムエラーを計測した結果を示す。手順(B’)を使用し、mは4に設定した。許容誤差値dT(dT)の値を20nsとして設定した場合にはタイムエラーの最大値は60ns程度に達したのに対し、許容誤差値dTの値を0ns、5nsとして設定した場合にはタイムエラーの最大値は20ns程度に低減することが確認された。 FIG. 6 shows the results of measuring time errors using the measurement system of FIG. 16 in the multipath reception environment shown in FIGS. 14 and 15. Using procedure (B'), m was set to 4. When the allowable error value dT (dT 2 ) is set to 20 ns, the maximum time error reaches about 60 ns, whereas when the allowable error value dT is set to 0 ns and 5 ns, the time is reached. It was confirmed that the maximum value of the error was reduced to about 20 ns.

図7及び図8は航法衛星信号の受信状態を観測するソフトウェアの画面コピーであり、図7は比較対象として本願発明の衛星選択アルゴリズムを用いない場合、図8は本願発明の衛星選択アルゴリズムを用いた場合における、GPS衛星信号の受信状況および使用(選択)状況の一例を示している。 7 and 8 are screen copies of software for observing the reception state of navigation satellite signals, FIG. 7 shows the satellite selection algorithm of the present invention as a comparison target, and FIG. 8 uses the satellite selection algorithm of the present invention. An example of the reception status and the usage (selection) status of the GPS satellite signal is shown.

図7に示すように衛星選択を行わない場合には01番、11番、17番、19番、23番の可視衛星信号と推定されるGPS衛星信号以外に多くの不可視衛星信号と推定されるGPS衛星信号を選択している。これに対し、図8に示すように許容誤差値dTの値を5nsとした衛星選択を行った場合は可視衛星信号と推定されるGPS衛星信号を選択している。このように本願発明の衛星選択アルゴリズムにより不可視衛星信号を有効に排除した結果、時刻同期精度が向上したと考えられる。 As shown in FIG. 7, when satellite selection is not performed, many invisible satellite signals are estimated in addition to the GPS satellite signals estimated to be the visible satellite signals of Nos. 01, 11, 17, 19, and 23. GPS satellite signal is selected. On the other hand, as shown in FIG. 8, when the satellite is selected with the margin of error value dT set to 5 ns, the GPS satellite signal estimated to be a visible satellite signal is selected. As a result of effectively eliminating the invisible satellite signal by the satellite selection algorithm of the present invention in this way, it is considered that the time synchronization accuracy is improved.

以上の結果が示す通り、許容誤差値dTは航法衛星信号の受信環境に応じて決定することが好ましい。具体的には、受信環境がオープンスカイ環境に近いほど許容誤差値dTを大きくし、マルチパス環境に近いほど許容誤差値dTを小さくすることが好ましい。換言すれば、可視衛星数が多いほど許容誤差値dTを大きくし、可視衛星数が少ないほど許容誤差値dTを小さくすることが好ましい。 As shown in the above results, the margin of error value dT is preferably determined according to the reception environment of the navigation satellite signal. Specifically, it is preferable that the tolerance value dT is increased as the reception environment is closer to the open sky environment, and the tolerance value dT is decreased as the reception environment is closer to the multipath environment. In other words, it is preferable that the larger the number of visible satellites, the larger the permissible error value dT, and the smaller the number of visible satellites, the smaller the permissible error value dT.

実際の衛星信号の受信環境は航法衛星アンテナの周辺に構造物が存在しない、いわゆるオープンスカイの状態から可視衛星信号が0の受信環境まで様々な受信環境が想定される。受信環境に応じて誤差許容値dTの設定値を最適化する方法としては手順(A)において受信した航法衛星信号の受信状態(CNR)を参照する方法が有効であると考えられる。すなわちCNRに基づき、CNRの大きな航法衛星信号が多く存在する場合にはよりオープンスカイに近い受信環境であると推定し、換言すれば可視衛星数が多いと推定し、誤差許容値dTを大きな値に設定する。逆に、これらの航法衛星信号が少ない場合には、よりマルチパス環境に近い受信環境であると推定し、換言すれば可視衛星数が少ないと推定し、誤差許容値dTを0または小さな値に設定する。 As for the actual reception environment of satellite signals, various reception environments are assumed, from a so-called open sky state in which no structure exists around the navigation satellite antenna to a reception environment in which the visible satellite signal is zero. As a method of optimizing the set value of the error tolerance dT according to the reception environment, it is considered that the method of referring to the reception state (CNR) of the navigation satellite signal received in the procedure (A) is effective. That is, based on the CNR, when there are many navigation satellite signals with a large CNR, it is estimated that the reception environment is closer to open skies, in other words, it is estimated that the number of visible satellites is large, and the error tolerance dT is a large value. Set to. On the contrary, when these navigation satellite signals are small, it is estimated that the reception environment is closer to the multipath environment, in other words, the number of visible satellites is estimated to be small, and the error tolerance dT is set to 0 or a small value. Set.

具体的には手順(A)において設定されたCNRの閾値を上回る航法衛星信号数に基づき、誤差許容値dTの値を決定することが考えられる。CNRの閾値が所定の閾値より上回る航法衛星信号に係る衛星は可視衛星である蓋然性が高いので、当該航法衛星信号数が可視衛星数であると推定するものである。 Specifically, it is conceivable to determine the value of the error tolerance dT based on the number of navigation satellite signals exceeding the CNR threshold set in the procedure (A). Since it is highly probable that a satellite related to a navigation satellite signal whose CNR threshold value exceeds a predetermined threshold value is a visible satellite, it is estimated that the number of navigation satellite signals is the number of visible satellites.

図9、図10、図11を用いて、CNR閾値を予め設定し、CNR閾値を超える航法衛星信号数に基づいて、誤差許容値dTの値を設定する具体例について説明する。 A specific example in which the CNR threshold value is set in advance and the value of the error tolerance dT is set based on the number of navigation satellite signals exceeding the CNR threshold value will be described with reference to FIGS. 9, 10 and 11.

図9及び図10は受信環境に対するGPS衛星信号の受信状態を観測するソフトウェアの画面コピーであり、図9はオープンスカイ受信環境で観測した場合、図10はマルチパス受信環境で観測した場合における、GPS衛星信号の受信状況の一例を示している。図9及び図10において、CNR閾値を40dB−Hzと設定すると、図9ではCNR閾値を上回るGPS衛星信号数は11個であり、図10では4個であった。 9 and 10 are screen copies of software for observing the reception state of GPS satellite signals with respect to the reception environment. FIG. 9 shows the observation in the open sky reception environment, and FIG. 10 shows the observation in the multipath reception environment. An example of the reception status of GPS satellite signals is shown. In FIGS. 9 and 10, when the CNR threshold was set to 40 dB-Hz, the number of GPS satellite signals exceeding the CNR threshold was 11 in FIG. 9 and 4 in FIG.

受信した航法衛星信号のCNRに基づき許容誤差値dTを設定する一例について図11を参照して説明する。本実施の形態の具体例では、CNR閾値を上回る航法衛星信号数が大きいほど許容誤差値dTが大きくなるよう関数を設定する。図11はCNR閾値を上回る航法衛星信号数に対して設定する許容誤差値dTを求める関数を示す図である。図11の例では、CNR閾値を上回る航法衛星信号数が4以下の場合には許容誤差値dTを0nsから5nsに線形に増加するよう設定し、CNR閾値を上回る航法衛星信号数が4から10までの区間は許容誤差値dTが5nsから20nsに線形に増加するよう設定し、CNR閾値を上回る航法衛星信号数が10以上の場合には許容誤差値dTを20nsに設定している。なお、図9〜図11による設定例は、これに限定されるものではなく、CNR閾値や、受信した航法衛星信号のCNRに基づく許容誤差値dTの値や、図11の関数におけるCNR閾値を上回る信号数についての定数(4及び10)や、CNR閾値を上回る航法衛星信号数に対して設定する許容誤差値dTを求める関数については、実験等に基づいて適切な値や適切な関数式を予め設定することができる。なお、受信環境を推定するために用いる指標、すなわち可視衛星数を推定するために用いる指標としては、SNRの指標の一つであるCNRのほか、SNRそのものや受信強度など航法衛星信号の受信状態を表す他の指標を用いることができる。 An example of setting the tolerance value dT based on the CNR of the received navigation satellite signal will be described with reference to FIG. In a specific example of the present embodiment, the function is set so that the permissible error value dT increases as the number of navigation satellite signals exceeding the CNR threshold increases. FIG. 11 is a diagram showing a function for obtaining the tolerance value dT set for the number of navigation satellite signals exceeding the CNR threshold value. In the example of FIG. 11, when the number of navigation satellite signals exceeding the CNR threshold is 4 or less, the margin of error value dT is set to linearly increase from 0 ns to 5 ns, and the number of navigation satellite signals exceeding the CNR threshold is 4 to 10. In the section up to, the margin of error value dT is set to linearly increase from 5 ns to 20 ns, and when the number of navigation satellite signals exceeding the CNR threshold is 10 or more, the margin of error value dT is set to 20 ns. The setting examples shown in FIGS. 9 to 11 are not limited to this, and the CNR threshold value, the allowable error value dT value based on the CNR of the received navigation satellite signal, and the CNR threshold value in the function of FIG. 11 can be set. For the constants (4 and 10) for the number of signals exceeding the CNR threshold and the function for obtaining the permissible error value dT to be set for the number of navigation satellite signals exceeding the CNR threshold, use an appropriate value or an appropriate function formula based on experiments or the like. It can be set in advance. The index used to estimate the reception environment, that is, the index used to estimate the number of visible satellites, includes the CNR, which is one of the SNR indexes, and the reception status of navigation satellite signals such as the SNR itself and the reception strength. Other indicators can be used to represent.

上記の手順を実施する上で各機能部の役割は以下のようになる。 The roles of each functional unit in carrying out the above procedure are as follows.

航法衛星信号受信部2は、制御部4からの指示に基づき、受信した航法衛星信号のうち指定された航法衛星信号を使用して測位、時刻同期を行い、結果として得られる時刻情報および航法衛星信号の情報を時刻情報生成部3および制御部4へ出力する。時刻情報生成部3は、航法衛星信号受信部2から出力された時刻情報および航法衛星信号の情報、制御部4から入力されたパラメータ値に基づき、時刻情報を生成、出力する。制御部4は、航法衛星信号受信部2から出力された、受信した航法衛星信号の情報、設定部5に入力されたパラメータの設定情報に基づき、航法衛星信号の組み合わせのテーブルを作成し、航法衛星信号受信部2に対し、測位、時刻同期を指示する。さらに各航法衛星信号の組み合わせに対し航法衛星信号受信部2から得られる時刻情報の比較、航法衛星の抽出を行い、最終的に航法衛星信号受信部2に対し、航法衛星を指定して時刻情報生成部3へ出力する時刻情報を得るための測位、時刻同期を指示する。この抽出処理では、航法衛星信号受信部2で受信した航法衛星信号の受信強度又はCNRと、設定部5に入力された閾値などの設定情報とにより算出された許容誤差値dTが用いられる。また、制御部4は、設定部5に入力されたパラメータの設定情報を航法衛星信号受信部2および時刻情報生成部3へ出力する。 Based on the instruction from the control unit 4, the navigation satellite signal receiving unit 2 performs positioning and time synchronization using the designated navigation satellite signal among the received navigation satellite signals, and the time information and the navigation satellite obtained as a result. The signal information is output to the time information generation unit 3 and the control unit 4. The time information generation unit 3 generates and outputs time information based on the time information output from the navigation satellite signal reception unit 2, the navigation satellite signal information, and the parameter values input from the control unit 4. The control unit 4 creates a table of combinations of navigation satellite signals based on the information of the received navigation satellite signal output from the navigation satellite signal reception unit 2 and the setting information of the parameters input to the setting unit 5, and navigates. Instruct the satellite signal receiving unit 2 to perform positioning and time synchronization. Furthermore, the time information obtained from the navigation satellite signal receiver 2 is compared and the navigation satellites are extracted for each combination of navigation satellite signals, and finally the navigation satellite is designated for the navigation satellite signal receiver 2 and the time information is given. Instruct positioning and time synchronization for obtaining time information to be output to the generation unit 3. In this extraction process, the permissible error value dT calculated by the reception strength or CNR of the navigation satellite signal received by the navigation satellite signal reception unit 2 and the setting information such as the threshold value input to the setting unit 5 is used. Further, the control unit 4 outputs the parameter setting information input to the setting unit 5 to the navigation satellite signal receiving unit 2 and the time information generating unit 3.

図6の実験結果を図17と比較すると明らかなように本発明では航法衛星アンテナの受信特性、航法衛星信号受信装置の性能に依存することなく、時刻同期に使用するのに適切な航法衛星信号を選択することにより、不可視衛星信号のマルチパス信号の影響を有効に排除し時刻同期精度を改善する効果が期待できる。 As is clear from comparing the experimental results of FIG. 6 with that of FIG. 17, in the present invention, the navigation satellite signal suitable for use in time synchronization does not depend on the reception characteristics of the navigation satellite antenna and the performance of the navigation satellite signal receiver. By selecting, the effect of effectively eliminating the influence of the multipath signal of the invisible satellite signal and improving the time synchronization accuracy can be expected.

また、図4および図6の実験結果が示す通り、受信環境に応じてパラメータ値を適切に設定することにより、高い時刻同期精度を実現することができる。 Further, as shown by the experimental results of FIGS. 4 and 6, high time synchronization accuracy can be realized by appropriately setting the parameter values according to the reception environment.

本発明では航法衛星信号受信装置において時刻同期に使用する航法衛星信号の選択を行うため、航法衛星アンテナにおいて円偏波アイソレーションや鉛直方向のアイソレーションを実装する必要がないため、航法衛星アンテナのコストを低減することが可能となる。 In the present invention, since the navigation satellite signal to be used for time synchronization is selected in the navigation satellite signal receiver, it is not necessary to implement circularly polarized wave isolation or vertical isolation in the navigation satellite antenna. It is possible to reduce the cost.

このように、本発明によれば、航法衛星信号の受信環境に依らず、すなわち必要な数の可視衛星信号を一時的に捕捉できない、受信環境が良好ではない環境であっても、あるいはオープンスカイの良好な受信環境においても航法衛星信号に同期した高精度な時刻情報を生成することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it does not depend on the reception environment of the navigation satellite signal, that is, even if the reception environment is not good, that is, the required number of visible satellite signals cannot be temporarily captured, or the open sky. It is possible to generate highly accurate time information synchronized with the navigation satellite signal even in a good reception environment.

また、上記手順(B’) 及び(B”)でnCm個の組み合わせの到達時刻の平均値を計算するが、従来の受信した航法衛星信号のサブセットの航法衛星信号の組合せを使用した測位・時刻同期演算を予備的に実施し、統計的な処理により航法衛星信号を選別する方法と比較して演算量がはるかに少ないため、航法衛星システム受信装置における信号処理のリソースの制限から衛星選択のための演算が実施できない、あるいは計算時間を要し、タイムリーに衛星選択を行うことができないといった問題は生じにくい。 In addition, the average value of the arrival times of nCm combinations is calculated in the above procedures (B') and (B "), but the positioning / time using the combination of navigation satellite signals that is a subset of the conventional received navigation satellite signals. Because the amount of calculation is much smaller than the method of performing synchronous calculation in advance and selecting navigation satellite signals by statistical processing, due to the limitation of signal processing resources in the navigation satellite system receiver, satellite selection It is unlikely that there will be a problem that the calculation of is not possible, or that the calculation time is required and satellite selection cannot be performed in a timely manner.

以上、本発明の一実施の形態について詳述したが本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施の形態に係る時刻同期装置は、受信位置の位置情報が不要な位置推定モードを実装した形態としたが、まず位置推定モードで起動し、導出した位置に基づいてその後は位置固定モードへ移行する動作としてもよい。位置固定モードへ移行する契機としては一例として前回算出した位置と今回算出した位置との差を所定の閾値と比較し、導出した位置の経時的な変動の状況、言い換えると導出した位置の収束の状況に基づいて移行を判断するといったアルゴリズムが考えられる。 Although one embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited thereto. For example, the time synchronization device according to the above embodiment has a form in which a position estimation mode that does not require position information of the receiving position is implemented, but the position estimation mode is first activated, and then the position is fixed based on the derived position. It may be an operation to shift to the mode. As an example of the opportunity to shift to the fixed position mode, the difference between the position calculated last time and the position calculated this time is compared with a predetermined threshold value, and the state of the time-dependent fluctuation of the derived position, in other words, the convergence of the derived position. An algorithm that determines the transition based on the situation can be considered.

また、上記実施の形態では、受信したn個の航法衛星信号の全てを処理対象としていたが(上記手順(B)のステップ(ア)、手順(B’)および手順(B”)のステップ(ア)(イ)参照)、計算処理を軽減するために、仰角マスクやCNRマスクなどのマスキング処理により航法衛星信号を所定数に選別した後に本発明を適用してもよい。 Further, in the above embodiment, all of the received n navigation satellite signals are processed targets (step (a), procedure (B') and step (B ") of the above procedure (B)). A) (Refer to (b)), in order to reduce the calculation process, the present invention may be applied after selecting a predetermined number of navigation satellite signals by masking processing such as an elevation angle mask or a CNR mask.

また、上記実施の形態では、上記手順(B)、(B’) 及び(B”)の再帰処理における終了条件として処理時間が所定の閾値以下であるか否かに基づいていたが、他の終了条件であってもよい。例えば、再起回数と所定の閾値とを比較した条件、前回算出した位置と今回算出した位置との差と所定の閾値とを比較した条件の何れか1つ、或いは、これらと前記処理時間と所定の閾値とを比較した条件の任意の組み合わせであってもよい。 Further, in the above embodiment, the processing time is based on whether or not the processing time is equal to or less than a predetermined threshold value as the end condition in the recursive processing of the above procedures (B), (B') and (B "), but other It may be an end condition. For example, any one of a condition comparing the number of recurrences and a predetermined threshold value, a condition comparing the difference between the previously calculated position and the position calculated this time and the predetermined threshold value, or , These may be any combination of conditions comparing the processing time with a predetermined threshold value.

また、上記実施の形態では、航法衛星アンテナの位置を固定していたが、航法衛星アンテナを移動する形態であっても本発明を適用できる。この場合、位置推定モードの出力の更新頻度を必要に応じて向上させる。 Further, in the above embodiment, the position of the navigation satellite antenna is fixed, but the present invention can be applied even in the form of moving the navigation satellite antenna. In this case, the update frequency of the output in the position estimation mode is improved as necessary.

また、上記実施の形態では、1つの航法衛星システムを使用していたが、複数の航法衛星システムを組合せて使用する、いわゆるマルチGNSSの利用形態においても本発明を適用することができる。この場合、可視衛星信号数が向上するため精度の向上が期待される。組み合わせ対象は、全地球航法衛星システム(GNSS)だけでなく地域航法衛星(RNSS:Regional Navigation Satellite System)システムも用いることができる。全地球航法衛星システムとしてはGPS、GLONASS、Galileo、Beidouが、地域航法衛星システムとしてはQZSSがある。複数の航法衛星システムを組み合わせる際に航法衛星システム間の時刻オフセットを反映し、許容誤差値dTを航法衛星システム毎に異なる値を設定してもよい。 Further, in the above-described embodiment, one navigation satellite system is used, but the present invention can also be applied to a so-called multi-GNSS usage mode in which a plurality of navigation satellite systems are used in combination. In this case, the number of visible satellite signals is increased, so that the accuracy is expected to be improved. As the combination target, not only the Global Navigation Satellite System (GNSS) but also the Regional Navigation Satellite System (RNSS) system can be used. Global navigation satellite systems include GPS, GLONASS, Galileo, and Beido, and regional navigation satellite systems include QZSS. When combining a plurality of navigation satellite systems, the time offset between the navigation satellite systems may be reflected, and the permissible error value dT may be set to a different value for each navigation satellite system.

また、上記実施の形態では航法衛星システム受信装置の一例として時刻同期装置について説明したが測位装置にも本発明を適用し、測位精度を向上することができる。すなわち、上述の時刻同期装置において時刻情報の生成に用いる航法衛星信号の選択アルゴリズムを、受信位置情報の生成に適用することができる。この場合、上述の手順(B)のステップ(キ)又は手順(B’)および(B”)のステップ(ク)における測位の結果得られる受信位置情報を出力すればよい。すなわち、この測位装置は、上述の同期装置の構成のうち、航法衛星アンテナ1と、航法衛星信号受信部2と、制御部4と、設定部5とを備え、上述の手順(手順(B)のステップ(キ)又は手順(B’)および(B”)のステップ(ク)において航法衛星信号受信部2で測位して得られた受信位置情報を出力すればよい。なお、航法衛星信号受信部2が出力する受信位置情報を所定のフォーマットやタイミングで出力するために、受信位置情報出力部をさらに設けてもよい。 Further, in the above embodiment, the time synchronization device has been described as an example of the navigation satellite system receiving device, but the present invention can be applied to the positioning device to improve the positioning accuracy. That is, the navigation satellite signal selection algorithm used for generating the time information in the above-mentioned time synchronization device can be applied to the generation of the received position information. In this case, the reception position information obtained as a result of the positioning in step (g) of the above-mentioned procedure (B) or step (c) of steps (B') and (B ") may be output. That is, this positioning device. In the configuration of the above-mentioned synchronization device, includes the navigation satellite antenna 1, the navigation satellite signal receiving unit 2, the control unit 4, and the setting unit 5, and the above-mentioned procedure (step (g) of the above-mentioned procedure (B)). Alternatively, the reception position information obtained by positioning with the navigation satellite signal receiving unit 2 in step (c) of steps (B') and (B ") may be output. The navigation satellite signal receiving unit 2 outputs the information. In order to output the reception position information in a predetermined format and timing, a reception position information output unit may be further provided.

図12は上記実施の形態に係る測位装置を用いて図14及び図15に示すマルチパス受信環境において測位精度を計測した結果を示す。手順(B’)を使用し、mは4に設定した。許容誤差値dT(dT)の値を5nsとして設定した場合には衛星選択を行わない場合と比較して測位精度が大幅に改善することが確認された。 FIG. 12 shows the results of measuring the positioning accuracy in the multipath reception environment shown in FIGS. 14 and 15 using the positioning device according to the above embodiment. Using procedure (B'), m was set to 4. It was confirmed that when the value of the permissible error value dT (dT 2 ) was set to 5 ns, the positioning accuracy was significantly improved as compared with the case where satellite selection was not performed.

1…航法衛星アンテナ
2…航法衛星信号受信部
3…時刻情報生成部
4…制御部
5…設定部
1 ... Navigation satellite antenna 2 ... Navigation satellite signal reception unit 3 ... Time information generation unit 4 ... Control unit 5 ... Setting unit

Claims (6)

複数の航法衛星から受信した航法衛星信号に基づき測位処理又は前記航法衛星との時刻同期処理の少なくとも一方を行う航法衛星システム受信装置において、
4つ以上の航法衛星から同時に受信した航法衛星信号に基づき受信位置及び受信時刻を算出する航法衛星信号受信部と、
同時受信可能な4つ以上の航法衛星からの各航法衛星信号に基づき受信位置の初期値及び各航法衛星の軌道位置を算出し、算出した受信位置及び軌道位置並びに各航法衛星信号に含まれる時刻情報に基づき各航法衛星信号の到達時刻を算出し、算出した到達時刻に基づき航法衛星信号を抽出し、抽出した航法衛星信号に基づき受信位置を算出し、算出した受信位置を用いて前記到達時刻の算出処理と前記航法衛星信号の抽出処理と前記受信位置の算出処理とを再帰的に行い、再帰の終了時において抽出された航法衛星信号に基づき測位処理又は時刻同期処理を行うよう制御する制御部とを備えた
ことを特徴とする航法衛星システム受信装置。
In a navigation satellite system receiver that performs at least one of positioning processing or time synchronization processing with the navigation satellite based on navigation satellite signals received from a plurality of navigation satellites.
A navigation satellite signal receiver that calculates the reception position and reception time based on navigation satellite signals received from four or more navigation satellites at the same time.
The initial value of the reception position and the orbital position of each navigation satellite are calculated based on each navigation satellite signal from four or more navigation satellites that can be received simultaneously, and the calculated reception position and orbital position and the time included in each navigation satellite signal are included. The arrival time of each navigation satellite signal is calculated based on the information, the navigation satellite signal is extracted based on the calculated arrival time, the reception position is calculated based on the extracted navigation satellite signal, and the arrival time is used using the calculated reception position. Control to recursively perform the calculation process of the navigation satellite signal, the extraction process of the navigation satellite signal, and the calculation process of the reception position, and perform the positioning process or the time synchronization process based on the extracted navigation satellite signal at the end of the recurrence. A navigation satellite system receiver characterized by having a unit.
前記再帰処理の終了条件のパラメータとして再帰処理の処理時間を含む
ことを特徴とする請求項1記載の航法衛星システム受信装置。
The navigation satellite system receiving device according to claim 1, wherein the processing time of the recursive processing is included as a parameter of the end condition of the recursive processing.
前記制御部は、最先の到達時刻に許容誤差値を加えた時刻より到達時刻が早い航法衛星信号を抽出する
ことを特徴とする請求項1又は2記載の航法衛星システム受信装置。
The navigation satellite system receiving device according to claim 1 or 2, wherein the control unit extracts a navigation satellite signal whose arrival time is earlier than the time obtained by adding a tolerance value to the earliest arrival time.
前記許容誤差値を航法衛星信号の受信状態に基づいて決定した
ことを特徴とする請求項3記載の航法衛星システム受信装置。
The navigation satellite system receiving device according to claim 3, wherein the tolerance value is determined based on a reception state of a navigation satellite signal.
複数の航法衛星から受信した航法衛星信号に基づき測位処理又は前記航法衛星との時刻同期処理の少なくとも一方を行う航法衛星システム受信装置における航法衛星信号処理方法おいて、
航法衛星システム受信装置は、4つ以上の航法衛星から同時に受信した航法衛星信号に基づき受信位置及び受信時刻を算出する航法衛星信号受信部と、前記航法衛星信号受信部を制御する制御部とを備え、
前記航法衛星信号処理方法は、前記制御部が、
同時受信可能な4つ以上の航法衛星からの各航法衛星信号に基づき受信位置の初期値及び各航法衛星の軌道位置を算出するステップと、
算出した受信位置及び軌道位置並びに各航法衛星信号に含まれる時刻情報に基づき各航法衛星信号の到達時刻を算出するステップと、
算出した到達時刻に基づき航法衛星信号を抽出するステップと、
抽出した航法衛星信号に基づき受信位置を算出するステップと、
算出した受信位置を用いて前記到達時刻算出ステップと前記航法衛星信号抽出ステップと前記受信位置算出ステップとを再帰的に行うステップと、
再帰の終了時において抽出された航法衛星信号に基づき測位処理又は時刻同期処理を行うよう制御するステップとを備えた
ことを特徴とする航法衛星システム受信装置における航法衛星信号処理方法。
In a navigation satellite signal processing method in a navigation satellite system receiver that performs at least one of positioning processing or time synchronization processing with the navigation satellite based on navigation satellite signals received from a plurality of navigation satellites.
The navigation satellite system receiver includes a navigation satellite signal receiver that calculates the reception position and reception time based on navigation satellite signals received from four or more navigation satellites at the same time, and a control unit that controls the navigation satellite signal receiver. Prepare,
In the navigation satellite signal processing method, the control unit
Steps to calculate the initial value of the reception position and the orbital position of each navigation satellite based on each navigation satellite signal from four or more navigation satellites that can be received simultaneously, and
A step of calculating the arrival time of each navigation satellite signal based on the calculated reception position and orbit position and the time information included in each navigation satellite signal, and
Steps to extract navigation satellite signals based on the calculated arrival time,
Steps to calculate the reception position based on the extracted navigation satellite signal,
A step of recursively performing the arrival time calculation step, the navigation satellite signal extraction step, and the reception position calculation step using the calculated reception position, and
A navigation satellite signal processing method in a navigation satellite system receiver, characterized in that it includes a step of controlling positioning processing or time synchronization processing based on the navigation satellite signal extracted at the end of recurrence.
コンピュータを、前記請求項1乃至4何れか1項記載の航法衛星システム受信装置の各部として機能させることを特徴とする航法衛星信号処理プログラム。 A navigation satellite signal processing program comprising a computer functioning as each part of the navigation satellite system receiving device according to any one of claims 1 to 4.
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