JP6152663B2 - Method for controlling position calculation apparatus and position calculation apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、位置算出装置の制御方法等に関する。 The present invention relates to a control method for a position calculation device and the like.
測位用衛星からの測位用信号を利用した位置算出システムとして、GPS(Global Positioning System)が広く知られている。GPSでは、GPS衛星信号に重畳されている軌道情報(エフェメリスやアルマナック)を取得し、衛星の位置を特定した上で、擬似距離に基づいて位置を算出する。 A GPS (Global Positioning System) is widely known as a position calculation system using a positioning signal from a positioning satellite. In GPS, orbit information (ephemeris and almanac) superimposed on a GPS satellite signal is acquired, the position of the satellite is specified, and the position is calculated based on the pseudorange.
初回位置算出時には、エフェメリスを保有していないため、先ずはエフェメリスを取得する必要があるが、これには数十秒程度の時間を要するため、初期位置算出時間(TTFF:Time to First Fix)が増大する。 Since the ephemeris is not held at the time of the initial position calculation, it is necessary to acquire the ephemeris first. However, since this takes about several tens of seconds, the initial position calculation time (TTFF: Time to First Fix) is Increase.
そこで、初期位置算出時間を短縮するため、GPS衛星の軌跡を予測し、エフェメリス相当の衛星軌道情報を算出する方法がある。ただ、この衛星軌道情報の算出には、GPS衛星の位置や速度等の情報が必要となるところ、例えば、非特許文献1に記載の準天頂衛星(QZS:Quasi-Zenith Satellites)のような測位用衛星から衛星軌道情報の算出に必要な情報を送信させる方法が考えられる。
Therefore, in order to shorten the initial position calculation time, there is a method of predicting the locus of a GPS satellite and calculating satellite orbit information corresponding to the ephemeris. However, calculation of this satellite orbit information requires information such as the position and velocity of the GPS satellite. For example, positioning such as the Quasi-Zenith Satellites (QZS) described in
しかしながら、分解能の高い情報を用いた方が、より精度の良い衛星軌道情報を算出することができるところ、準天頂衛星から送信できるデータのデータ量には限りがあるため、準天頂衛星から送信できる衛星軌道情報の算出に必要な情報の分解能にも限界が生じてしまう。そのため、準天頂衛星から衛星軌道情報に必要な情報を取得したのでは、算出する衛星軌道情報の精度に限界が生じてしまう。 However, more accurate satellite orbit information can be calculated by using high-resolution information. However, since the amount of data that can be transmitted from the quasi-zenith satellite is limited, it can be transmitted from the quasi-zenith satellite. There is a limit to the resolution of information necessary for calculating satellite orbit information. Therefore, if the information necessary for satellite orbit information is acquired from the quasi-zenith satellite, the accuracy of the calculated satellite orbit information is limited.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、測位用衛星からの衛星信号を用いた位置算出において、より精度の良い衛星軌道情報を算出することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to calculate more accurate satellite orbit information in position calculation using satellite signals from positioning satellites.
以上の課題を解決するための第1の発明は、測位用衛星の軌道情報の算出の基礎となる第1の測位支援情報を送信する第1の送信源から前記第1の測位支援情報の受信を試みることと、前記第1の測位支援情報の受信が成功した場合に、当該第1の測位支援情報を用いて第1の軌道情報を算出することと、前記第1の測位支援情報の受信が失敗した場合に、前記第1の測位支援情報より低精度な第2の測位支援情報を送信する第2の送信源から前記第2の測位支援情報の受信を試みることと、前記第2の測位支援情報の受信が成功した場合に、当該第2の測位支援情報を用いて第2の軌道情報を算出することと、前記第1の軌道情報及び前記第2の軌道情報のうち、少なくともいずれかの軌道情報と、前記測位用衛星からの衛星信号とを用いて位置を算出することと、を含む位置算出装置の制御方法である。 According to a first aspect of the present invention, the first positioning support information is received from a first transmission source that transmits the first positioning support information that is a basis for calculating the orbit information of the positioning satellite. And, when reception of the first positioning support information is successful, calculating first trajectory information using the first positioning support information, and receiving the first positioning support information If the second positioning support information is attempted to be received from the second transmission source that transmits the second positioning support information that is less accurate than the first positioning support information. When the positioning support information is successfully received, the second trajectory information is calculated using the second positioning support information, and at least one of the first trajectory information and the second trajectory information Orbital information and satellite signals from the positioning satellite And calculating a position, a control method of the position calculating device including a.
また、他の発明として、測位用衛星の軌道情報の算出の基礎となる第1の測位支援情報を送信する第1の送信源からの信号と、前記第1の測位支援情報より低精度な第2の測位支援情報を送信する第2の送信源からの信号とを受信可能な位置算出装置であって、前記第1の測位支援情報の受信を試みることと、前記第1の測位支援情報の受信が成功した場合に、当該第1の測位支援情報を用いて第1の軌道情報を算出することと、前記第1の測位支援情報の受信が失敗した場合に、前記第2の測位支援情報の受信を試みることと、前記第2の測位支援情報の受信が成功した場合に、当該第2の測位支援情報を用いて第2の軌道情報を算出することと、前記第1の軌道情報及び前記第2の軌道情報のうち、少なくともいずれかの軌道情報と前記測位用衛星からの衛星信号とを用いて位置を算出することと、を実行する位置算出装置を構成することとしてもよい。 As another invention, a signal from the first transmission source that transmits the first positioning support information that is a basis for calculating the orbit information of the positioning satellite, and a first signal that is less accurate than the first positioning support information. A position calculation device capable of receiving a signal from a second transmission source that transmits the second positioning support information, and attempts to receive the first positioning support information; and When the reception is successful, the first positioning support information is used to calculate the first trajectory information, and when the reception of the first positioning support information fails, the second positioning support information When the second positioning support information is successfully received, calculating the second trajectory information using the second positioning support information, and the first trajectory information and Of the second orbit information, at least one of the orbit information and the And calculating the position using satellite signals from position satellite, it is also possible to configure the position calculating device for execution.
この第1の発明等によれば、まず、第1の送信源から第1の測位支援情報の受信を試みる。そして、第1の測位支援情報の受信が失敗した場合に、第1の測位支援情報より低精度な第2の送信源から第2の測位支援情報の受信を試みる。つまり、第2の測位支援情報より高精度な第1の測位支援情報の受信を優先的に試みる。そのため、より精度の良い軌道情報を算出することが可能となる。また、第1の測位支援情報の受信が失敗した場合には、第2の測位支援情報の受信を試みる。そして、第2の測位支援情報の受信が成功した場合には、第2の測位支援情報から、軌道情報を算出する。これにより、第1の測位支援情報が取得できない場合であっても、第2の測位支援情報から軌道情報を算出することが可能となる。 According to the first invention and the like, first, the first positioning support information is tried to be received from the first transmission source. And when reception of 1st positioning assistance information fails, reception of 2nd positioning assistance information is tried from the 2nd transmission source of lower precision than 1st positioning assistance information. That is, priority is given to receiving the first positioning support information with higher accuracy than the second positioning support information. Therefore, it is possible to calculate more accurate trajectory information. In addition, when the reception of the first positioning support information fails, the reception of the second positioning support information is attempted. Then, when the second positioning support information is successfully received, the trajectory information is calculated from the second positioning support information. Thereby, even when the first positioning support information cannot be acquired, the trajectory information can be calculated from the second positioning support information.
また、第2の発明として、第1の発明の制御方法における前記衛星信号には、所定の搬送時間をかけて前記軌道情報を搬送する信号が重畳されており、前記第1の送信源は、前記搬送時間より短時間で前記第1の測位支援情報を送信し、前記第2の送信源は、前記搬送時間より短時間で前記第2の測位支援情報を送信し、前記第1の測位支援情報の受信は、前記衛星信号から前記軌道情報を取得するよりも短時間で前記第1の測位支援情報を受信し、前記第2の測位支援情報の受信は、前記衛星信号から前記軌道情報を取得するよりも短時間で前記第2の測位支援情報を受信する、制御方法を構成することとしてもよい。 As a second invention, a signal carrying the orbit information over a predetermined carrying time is superimposed on the satellite signal in the control method of the first invention, and the first transmission source is The first positioning support information is transmitted in a shorter time than the transport time, and the second transmission source transmits the second positioning support information in a shorter time than the transport time, and the first positioning support information The reception of information receives the first positioning support information in a shorter time than acquiring the orbit information from the satellite signal, and the reception of the second positioning support information receives the orbit information from the satellite signal. A control method for receiving the second positioning support information in a shorter time than the acquisition may be configured.
この第2の発明によれば、第1の送信源及び第2の送信源は、衛星信号が軌道情報を搬送する搬送時間より短時間で第1の測位支援情報及び第2の測位支援情報をそれぞれ送信する。換言すると、衛星信号から軌道情報を取得するよりも短時間で第1の測位支援情報及び第2の測位支援情報を受信することができる。従って、衛星信号を受信する場合に比べて速やかに位置算出を開始することができる。 According to the second aspect of the invention, the first transmission source and the second transmission source transmit the first positioning support information and the second positioning support information in a shorter time than the carrying time in which the satellite signal carries the orbit information. Send each one. In other words, it is possible to receive the first positioning support information and the second positioning support information in a shorter time than acquiring the orbit information from the satellite signal. Therefore, position calculation can be started more quickly than when satellite signals are received.
また、第3の発明として、第1又は第2の発明の制御方法における前記第1の測位支援情報は、前記第2の測位支援情報よりも有効桁数の大きい情報である、制御方法を構成することとしてもよい。 According to a third aspect of the invention, there is provided a control method in which the first positioning support information in the control method of the first or second invention is information having a larger number of significant digits than the second positioning support information. It is good to do.
この第3の発明によれば、第1の測位支援情報は、第2の測位支援情報よりも有効桁数の大きい情報であるため、第2の測位支援情報と比べて精度の高い情報を第1の送信源から送信させることができる。 According to the third aspect of the invention, the first positioning support information is information having a larger number of significant digits than the second positioning support information. Therefore, information with higher accuracy than the second positioning support information is provided. It is possible to transmit from one transmission source.
また、第4の発明として、第1〜第3の何れかの発明の制御方法において、前記第2の測位支援情報の受信が失敗した場合に、前記衛星信号から、当該衛星信号に重畳されている軌道情報を取得すること、を更に含む制御方法を構成することとしてもよい。 As a fourth invention, in the control method according to any one of the first to third inventions, when reception of the second positioning support information fails, the satellite signal is superimposed on the satellite signal. It is good also as comprising the control method which further includes acquiring the orbit information which exists.
この第4の発明によれば、第2の測位支援情報の受信が失敗した場合に、衛星信号から、当該衛星信号に重畳されている軌道情報を取得する。これにより、第2の測位支援情報が取得できない場合であっても、衛星信号から取得した軌道情報を用いて位置を算出することが可能となる。 According to the fourth aspect of the invention, when the reception of the second positioning support information fails, the orbit information superimposed on the satellite signal is acquired from the satellite signal. Thus, even when the second positioning support information cannot be acquired, the position can be calculated using the orbit information acquired from the satellite signal.
また、第5の発明として、第1〜第4の何れかの発明の制御方法における前記位置を算出することは、前記第1の軌道情報の基準日時及び前記第2の軌道情報の基準日時を参照して、位置算出に利用する軌道情報を選択することを含む、制御方法を構成することとしてもよい。 Further, as a fifth invention, calculating the position in the control method according to any one of the first to fourth inventions comprises calculating a reference date and time of the first trajectory information and a reference date and time of the second trajectory information. It is good also as configuring a control method including selecting trajectory information used for position calculation with reference.
この第5の発明によれば、第1の軌道情報の基準日時及び第2の軌道情報の基準日時を参照して、位置算出に利用する軌道情報を選択する。例えば、基準日時が新しい方の軌道情報を選択することで、より新しい軌道情報を用いて位置を算出することが可能となる。 According to the fifth aspect, the trajectory information used for position calculation is selected with reference to the reference date and time of the first trajectory information and the reference date and time of the second trajectory information. For example, by selecting the trajectory information with a new reference date and time, the position can be calculated using the newer trajectory information.
また、第6の発明として、第5の発明の制御方法における前記軌道情報を選択することは、前記第1の軌道情報の基準日時と前記第2の軌道情報の基準日時との差を用いて、位置算出に利用する軌道情報を選択することを含む、制御方法を構成することとしてもよい。 Further, as a sixth invention, selecting the trajectory information in the control method of the fifth invention uses a difference between a reference date and time of the first trajectory information and a reference date and time of the second trajectory information. A control method including selecting trajectory information used for position calculation may be configured.
この第6の発明によれば、第1の軌道情報の基準日時と第2の軌道情報の基準日時との差を用いて、位置算出に利用する軌道情報を選択する。例えば、第1の軌道情報の基準日時の方が第2の軌道情報の基準日時よりも古い場合であっても、それらの基準日時の差が所定時間内である場合には第1の軌道情報を選択することで、より高精度な軌道情報を用いて位置を算出することが可能となる。 According to the sixth aspect, the trajectory information used for position calculation is selected using the difference between the reference date and time of the first trajectory information and the reference date and time of the second trajectory information. For example, even if the reference date and time of the first trajectory information is older than the reference date and time of the second trajectory information, the first trajectory information if the difference between the reference dates and times is within a predetermined time. By selecting, the position can be calculated using more accurate trajectory information.
また、第7の発明として、第1〜第6の何れかの発明の制御方法における前記第1及び第2の測位支援情報には、前記測位用衛星の位置及び速度の情報が含まれており、前記第1の軌道情報を算出することは、地球を周回する衛星の運動を表わす運動方程式と、前記第1の測位支援情報に含まれる前記測位用衛星の位置及び速度とを用いて、前記第1の軌道情報を算出することを含み、前記第2の軌道情報を算出することは、前記運動方程式と、前記第2の測位支援情報に含まれる前記測位用衛星の位置及び速度とを用いて、前記第2の軌道情報を算出することを含む、制御方法を構成することとしてもよい。 Further, as a seventh invention, the first and second positioning support information in the control method of any one of the first to sixth inventions includes information on the position and velocity of the positioning satellite. Calculating the first orbit information using the equation of motion representing the motion of the satellite orbiting the earth and the position and velocity of the positioning satellite included in the first positioning support information, Calculating the first orbit information, wherein calculating the second orbit information uses the equation of motion and the position and velocity of the positioning satellite included in the second positioning support information. Then, a control method including calculating the second trajectory information may be configured.
この第7の発明によれば、地球を周回する衛星の運動を表わす運動方程式と、第1の測位支援情報に含まれる測位用衛星の位置及び速度とを用いることで、第1の軌道情報を適切に算出することができる。第2の軌道情報についても同様である。 According to the seventh aspect of the invention, the first orbit information is obtained by using the equation of motion representing the motion of the satellite orbiting the earth and the position and velocity of the positioning satellite included in the first positioning support information. It can be calculated appropriately. The same applies to the second trajectory information.
以下、図面を参照して、本発明を適用した好適な実施形態の一例について説明する。本実施形態は、衛星測位システムとしてGPS(Global Positioning System)を適用した実施形態である。但し、本発明を適用可能な形態が以下説明する実施形態に限定されるわけでないことは勿論である。 Hereinafter, an example of a preferred embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. This embodiment is an embodiment in which GPS (Global Positioning System) is applied as a satellite positioning system. However, it is needless to say that embodiments to which the present invention is applicable are not limited to the embodiments described below.
1.システム構成
図1は、本実施形態における位置算出システムのシステム構成の一例を示す図である。
位置算出システムは、位置算出装置1と、GPS衛星3と、IMES(Indoor MEssaging System)送信機5と、準天頂衛星7とで構成される。
1. System Configuration FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a system configuration of a position calculation system in the present embodiment.
The position calculation system includes a
GPS衛星3は、測位用衛星の一種であり、アルマナックやエフェメリス等の軌道情報を含む航法メッセージを、測位用信号の一種であるGPS衛星信号に乗せて発信する。GPS衛星信号は、拡散符号の一種であるC/A(Coarse and Acquisition)コードによって、スペクトラム拡散方式として知られるCDMA(Code Division Multiple Access)方式によって変調された1.57542[GHz]の通信信号である。C/Aコードは、コード長1023チップを1PNフレームとする繰返し周期1msの擬似ランダム雑音符号であり、各GPS衛星3に固有のコードである。
The
IMES送信機5は、地上通信装置の一種であり、位置算出装置1による測位を支援するための情報である第1の測位支援情報を送信する。IMES送信機5は、例えば、ショッピングモールや地下街、空港、映画館、ホテルといった各種の施設・建物に設置される。IMES送信機5には、GPS衛星3とは異なるPRNコードが割り当てられており、この割り当てられたPRNコードを用いて、GPS衛星3と同一のスペクトラム拡散方式で第1の測位支援情報を送信する。この際、IMES送信機5は、GPS衛星信号がエフェメリスを搬送する搬送時間より短時間で第1の測位支援情報を送信する。IMES送信機5は、第1の送信源に相当する。
The IMES transmitter 5 is a type of ground communication device, and transmits first positioning support information that is information for supporting positioning by the
IMES送信機5から送信される第1の測位支援情報は、GPS衛星3の軌道情報(より具体的にはエフェメリス)の算出の基礎となる情報である。本実施形態において、第1の測位支援情報には、各GPS衛星3の衛星位置速度情報と、基準日時と、地球姿勢パラメーター(Earth Orientation Parameter:EOP)とが含まれる。
The first positioning support information transmitted from the IMES transmitter 5 is information serving as a basis for calculating orbit information (more specifically, ephemeris) of the
衛星位置速度情報は、GPS衛星3それぞれの、基準日時t0における衛星位置r0及び衛星速度v0と、クロック誤差とを含んでいる。また、地球姿勢情報である地球姿勢パラメーターは、UT1−UTCと、日長(Length Of Day:LOD)と、X極運動と、X極運動速度と、Y極運動と、Y極運動速度とを含んでいる。
The satellite position speed information includes the satellite position r0 and the satellite speed v0 at the reference date and time t0 of each
IMES送信機5は、不図示の管理サーバーによって、定期的なタイミングで第1の測位支援情報を更新して送信するように制御される。具体的には、管理サーバーは、例えば、世界各地に設置されるGNSS(Global Navigation Satellite System)基地局から定期的に最新のGPS衛星3のエフェメリスを取得する。そして、GNSS基地局からエフェメリスを取得すると、当該エフェメリスに含まれる衛星軌道パラメーターの値を用いて基準日時t0における衛星位置r0及び衛星速度v0を算出する。そして、これらの衛星位置速度情報と、クロック誤差の情報と、基準日時と、EOPとを纏めた第1の測位支援情報を生成して、IMES送信機5から送信させるように制御する。基準日時は、例えば、管理サーバーがGNSS基地局からエフェメリスを取得した時刻情報でもよいし、取得したエフェメリスの有効期間の始期の時刻情報としてもよい。何れにせよ、当該エフェメリスの新旧を表わす情報とする。
The IMES transmitter 5 is controlled by a management server (not shown) so as to update and transmit the first positioning support information at regular timing. Specifically, the management server periodically acquires the latest ephemeris of the
準天頂衛星7は、人工衛星の一種であり、日本の衛星測位システムとして知られる準天頂衛星システム計画の衛星である。本実施形態において、準天頂衛星7は、サブメーター級補強信号であるL1−SAIF信号に重畳されるメッセージとして、位置算出装置1による測位を支援するための情報である第2の測位支援情報を送信する。準天頂衛星7には、GPS衛星3及びIMES送信機5とは異なるPRNコードが割り当てられており、この割り当てられたPRNコードを用いて、GPS衛星3と同一のスペクトラム拡散方式で第2の測位支援情報を送信する。この際、準天頂衛星7は、GPS衛星信号がエフェメリスを搬送する搬送時間より短時間で第2の測位支援情報を送信する。準天頂衛星7は、第2の送信源に相当する。
The quasi-zenith satellite 7 is a kind of artificial satellite and is a satellite of the quasi-zenith satellite system plan known as a Japanese satellite positioning system. In the present embodiment, the quasi-zenith satellite 7 receives the second positioning support information that is information for supporting the positioning by the
準天頂衛星7は、不図示の管制制御ステーションによって管理されており、定期的なタイミングで第2の測位支援情報を更新して送信するように構成されている。つまり、上述したIMES送信機5と同様に、準天頂衛星7から送信される衛星位置速度情報や基準日時等の情報は定期的に更新され、随時新しい第2の測位支援情報がブロードキャストに送信される。 The quasi-zenith satellite 7 is managed by a control control station (not shown), and is configured to update and transmit the second positioning support information at regular timing. That is, as with the IMES transmitter 5 described above, the satellite position speed information and the reference date and time information transmitted from the quasi-zenith satellite 7 are periodically updated, and new second positioning support information is transmitted to the broadcast at any time. The
ここで、準天頂衛星7から第2の測位支援情報に含めて送信することのできるGPS衛星3の「速度」に関する値の分解能は0.001=10−3[m/s]程度である。これを速度の誤差と考えた場合、単純計算すると、4時間の衛星軌道を予測する場合には、0.001×4×3600=14[m]の誤差になる。ある程度長期間分の衛星軌道の予測を行う場合、「速度」の精度としては10−6〜10−7[m/s]程度あると理想的である。
Here, the resolution of the value regarding the “velocity” of the
そこで、本実施形態では、管理サーバーが、IMES送信機5から10−6[m/s]の精度の速度情報を含む第1の測位支援情報を送信させるように制御し、管制制御ステーションは、準天頂衛星7から10−3[m/s]の精度の速度情報を含む第2の測位支援情報を送信させるように制御することとして説明する。つまり、衛星速度情報に関して、第1の測位支援情報には、第2の測位支援情報と比べて有効桁数の大きい情報が格納されることとして説明する。 Therefore, in the present embodiment, the management server controls the IMES transmitter 5 to transmit the first positioning support information including speed information with accuracy of 10 −6 [m / s], and the control control station A description will be given assuming that the second positioning support information including the speed information with accuracy of 10 −3 [m / s] is transmitted from the quasi-zenith satellite 7. That is, regarding satellite speed information, the first positioning support information will be described as storing information having a larger number of effective digits than the second positioning support information.
2.エフェメリスの算出(予測)の原理
位置算出装置1が、IMES送信機5から受信した第1の測位支援情報、又は、準天頂衛星7から受信した第2の測位支援情報に基づいてGPS衛星3のエフェメリスを算出(予測)する原理について説明する。
2. Principle of Ephemeris Calculation (Prediction) The
第1の測位支援情報及び第2の測位支援情報には、各GPS衛星3の衛星位置速度情報(位置及び速度の情報)と、基準日時と、地球姿勢パラメーター(EOP)とがそれぞれ含まれている。これらの情報を用いて各GPS衛星3の衛星軌道を算出(予測)する。衛星軌道の算出方法は、第1の測位支援情報を用いる場合も第2の測位支援情報を用いる場合も同じである。
The first positioning support information and the second positioning support information include satellite position speed information (position and speed information) of each
先ず、GPS衛星3について、次式(1)の運動方程式が成立する。
そして、式(1)の運動方程式について、時刻t0における衛星位置r(t0)=r0、及び、衛星速度v(t0)=v0、を初期値とした数値積分を行うことで、時刻tにおけるGPS衛星3の衛星位置r(t)、すなわち衛星軌道を示す軌道関数が、次式(3)のように求められる。
なお、位置算出装置1は、上記の原理により、GPS衛星3から放送されているブロードキャストエフェメリスと有効期間の長さが等しいエフェメリスを推定することもできるし、ブロードキャストエフェメリスよりも有効期間の長いエフェメリス(以下、「長期予測フェメリス」と称す。)を推定することもできる。
The
ところで、衛星の運動を表す上記の運動方程式(式(1))は地球中心を基準とする慣性座標系である地球中心慣性(Earth Centered Inertial:ECI)座標系において定義される。一方、位置算出装置1において算出される位置や、測位支援情報に含まれるGPS衛星3の位置及び速度は、地球中心を基準とし、地球に固定した座標系である地球中心地球固定(Earth Centered Earth Fixed:ECEF)座標系において定義される。
By the way, the above equation of motion (Equation (1)) representing the motion of the satellite is defined in the Earth Centered Inertial (ECI) coordinate system which is an inertial coordinate system based on the earth center. On the other hand, the position calculated by the
このため、衛星軌道の算出に際しては、地球中心慣性(ECI)座標系と、地球中心地球固定(ECEF)座標系との間の座標変換が必要である。地球中心慣性(ECI)座標系と、地球中心地球固定(ECEF)座標系との座標変換行列Qは、公知のように、次式(4)で与えられる。
3.位置算出装置の構成
図1は、位置算出装置1の機能構成の一例を示すブロック図である。
位置算出装置1は、アンテナ10と、受信部20と、ホスト処理部30と、操作部31と、表示部32と、音出力部33と、時計部34と、記憶部35とを備えて構成される。
3. Configuration of Position Calculation Device FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the
The
アンテナ10は、GPS衛星3から発信されているGPS衛星信号や、IMES送信機5から発信されているIMES信号、準天頂衛星7から発信されている準天頂衛星信号を含むRF(Radio Frequency)信号を受信するアンテナである。
The
受信部20は、RF受信回路部21と、ベースバンド処理回路部22とを有する。例えば、アンテナ10で受信されたGPS衛星信号からエフェメリスを含む航法メッセージを取得したり、IMES信号から第1の測位支援情報を取得したり、準天頂衛星信号から第2の測位支援情報を取得するなどの処理を行う。
The receiving
第1の測位支援情報や第2の測位支援情報は、GPS衛星信号に搬送されるエフェメリスと比べてデータ量が少ない。このため、第1の測位支援情報や第2の測位支援情報の受信では、GPS衛星信号からエフェメリスを取得するよりも短時間で受信が完了する。 The first positioning support information and the second positioning support information have a smaller data amount than the ephemeris carried by the GPS satellite signal. For this reason, in the reception of the first positioning support information and the second positioning support information, the reception is completed in a shorter time than acquiring the ephemeris from the GPS satellite signal.
本実施形態において、IMES送信機5から第1の測位支援情報の受信を試み、第1の測位支援情報の受信が成功した場合に、当該第1の測位支援情報を用いて第1のエフェメリスを算出する。また、第1の測位支援情報の受信が失敗した場合に、準天頂衛星7から第2の測位支援情報の受信を試み、第2の測位支援情報の受信が成功した場合に、当該第2の測位支援情報を用いて第2のエフェメリスを算出する。そして、第1のエフェメリス及び第2のエフェメリスのうち、一のエフェメリスを選択し、当該一のエフェメリスと、GPS衛星3からのGPS衛星信号とを用いて位置を算出する。なお、第1のエフェメリス及び第2のエフェメリスのうちのいずれかのエフェメリスではなく、両方のエフェメリスを位置算出に用いるようにすることも可能である。つまり、第1の軌道情報及び第2の軌道情報のうち、少なくともいずれかの軌道情報と、測位用衛星からの衛星信号とを用いて位置を算出するようにすればよい。
In the present embodiment, when the first positioning support information is attempted to be received from the IMES transmitter 5 and the first positioning support information is successfully received, the first ephemeris is obtained using the first positioning support information. calculate. In addition, when the reception of the first positioning support information fails, the second positioning support information is tried to be received from the quasi-zenith satellite 7, and when the second positioning support information is successfully received, the second positioning support information is received. A second ephemeris is calculated using the positioning support information. Then, one ephemeris is selected from the first ephemeris and the second ephemeris, and the position is calculated using the one ephemeris and the GPS satellite signal from the
なお、RF受信回路部21とベースバンド処理回路部22とは、それぞれ別のLSI(Large Scale Integration)として製造することも、1チップとして製造することも可能である。
The RF
RF受信回路部21は、RF信号の受信回路である。回路構成としては、例えば、アンテナ10で受信されたRF信号をA/D変換器でデジタル信号に変換し、デジタル信号を処理する受信回路としてもよいし、アンテナ10にて受信されたRF信号をアナログ信号のまま信号処理し、最終的にA/D変換することでデジタル信号をベースバンド処理回路部22に出力する構成としてもよい。
The RF
後者の場合には、例えば、次のようにRF受信回路部21を構成することができる。すなわち、所定の発振信号を分周或いは逓倍することで、RF信号乗算用の発振信号を生成する。そして、生成した発振信号を、アンテナ10から出力されたRF信号に乗算することで、RF信号を中間周波数の信号(以下、IF(Intermediate Frequency)信号)にダウンコンバートし、IF信号を増幅等した後、A/D変換器でデジタル信号に変換してベースバンド処理回路部22に出力する。
In the latter case, for example, the RF receiving
ベースバンド処理回路部22は、RF受信回路部21から出力される信号に対してキャリア除去や相関処理等を行って、信号を捕捉する。この捕捉が成功したことが、信号受信の成功を意味する。捕捉が成功した場合、当該信号に搬送されている情報(データ;ビット値)を復号する。IMES信号及び準天頂衛星信号は、PRNコードが異なるだけで、GPS衛星信号と同一周波数且つ同一変調方式で変調された信号である。従って、受信部20は、GPS衛星信号、IMES信号及び準天頂衛星信号の何れを受信する場合も、PRNコードを変更するだけで、受信(捕捉)することができる。
The baseband
ベースバンド処理回路部22は、GPS衛星3からの衛星信号を受信している場合には、衛星信号と、記憶部200に記憶された各種のエフェメリスとを用いて位置算出装置1の位置(位置座標)や時計誤差(クロックバイアス)を算出する。
When receiving a satellite signal from the
ホスト処理部30は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等の演算装置で実現され、記憶部35に記憶されているシステムプログラム等の各種プログラムに従って、位置算出装置1の各部を統括的に制御する。例えば、ベースバンド処理回路部22から取得した位置座標をもとに、表示部32に現在位置を指し示した地図を表示させたり、その位置座標を各種のアプリケーション処理に利用する。
The
操作部31は、例えばタッチパネルやボタンスイッチ等の入力装置であり、なされた操作に応じた操作信号を、ホスト処理部30に出力する。この操作部31の操作により、位置算出要求等の各種指示入力がなされる。
The
表示部32は、例えばLCD等の表示装置であり、ホスト処理部30から入力される表示信号に基づく各種表示を行う。
The
音出力部33は、例えばスピーカーなどの音出力装置であり、ホスト処理部30から入力される音声信号に基づく各種音出力を行う。
The
時計部34は、位置算出装置1の内部時計であり、水晶振動子及び発振回路でなる水晶発振器等を有して構成される。
The
記憶部35は、例えばROM(Read Only Memory)やフラッシュROM、RAM(Random Access Memory)等の記憶装置で実現され、ホスト処理部30が位置算出装置1を統括的に制御するためのシステムプログラムや、各種アプリケーション処理を実行するための各種プログラムやデータ等を記憶する。
The
図2は、ベースバンド処理回路部22の機能構成図である。ベースバンド処理回路部22は、処理部100と、記憶部200とを有して構成される。
FIG. 2 is a functional configuration diagram of the baseband
処理部100は、例えばCPUやDSP(Digital Signal Processor)等の演算回路で実現され、記憶部200に記憶されたプログラムやデータ等に基づいて、ベースバンド処理回路部22の全体制御を行う。
The
処理部100は、主要な機能部として、GPS衛星信号捕捉部110と、座標変換行列生成部120と、第1のエフェメリス算出部130と、第2のエフェメリス算出部140と、位置算出部150とを機能部として有する。但し、これらの機能部は、一実施例として記載したに過ぎず、必ずしもこれら全ての機能部を必須構成要素としなければならないわけではない。また、これら以外の機能部を必須構成要素として追加してもよいことは勿論である。
The
GPS衛星信号捕捉部110は、GPS衛星信号の捕捉を行う。すなわち、RF受信回路部21から出力されている信号に対して、GPS衛星3に割り当てられたPRNコードのレプリカコードを用いた相関演算を行うことで、当該GPS衛星3を捕捉する。そして、捕捉したGPS衛星信号に対するキャリア除去を行い、当該GPS衛星信号に搬送されている航法メッセージの復調を行い、航法メッセージに含まれるエフェメリスを取得する。取得されたエフェメリスは受信エフェメリスとして個別衛星情報250に記憶される。
The GPS satellite
座標変換行列生成部120は、第1の測位支援情報又は第2の測位支援情報に含まれる地球姿勢パラメーター(EOP)を用いて、前述した式(4)のように定義される地球中心慣性(ECI)座標系と、地球中心地球固定(ECEF)座標系との座標変換行列Qを算出する。
The coordinate transformation
第1のエフェメリス算出部130は、IMES送信機5から受信した第1の測位支援情報をもとに、各GPS衛星3の第1のエフェメリスを算出する。第1のエフェメリスの算出は、第1の測位支援情報に含まれる衛星位置、衛星速度及び基準日時を用いて、上記の原理に従って実現することができる。
The first
第2のエフェメリス算出部140は、準天頂衛星7から受信した第2の測位支援情報をもとに、各GPS衛星3の第2のエフェメリスを算出する。第2のエフェメリスの算出は、第2の測位支援情報に含まれる衛星位置、衛星速度及び基準日時を用いて、上記の原理に従って実現することができる。
The second
より具体的には、測位支援情報に含まれるGPS衛星3の衛星位置r0及び衛星速度v0を、座標変換行列生成部120によって生成された座標変換行列Qを用いて、地球中心地球固定(ECEF)座標系から地球中心慣性(ECI)座標系に変換する。
More specifically, using the coordinate transformation matrix Q generated by the coordinate
次いで、前述した式(3)の軌道関数r(t)に対して、座標変換後の衛星位置r0及び衛星速度v0を初期値とした数値積分を行って、衛星軌道を表す軌道関数r(t)を求める。そして、この軌道関数r(t)で表される衛星軌道に適合するエフェメリスを算出する。エフェメリスの算出は、例えば、規定のエフェメリスのパラメーター値に基づく衛星軌道と、軌道関数r(t)で表わされる衛星軌道との差を最小化させる数値計算(例えば、最小二乗法)によって求めることができる。但し、これ以外の方法であってもよいことは勿論である。 Next, numerical integration is performed on the orbit function r (t) of Equation (3) described above using the satellite position r0 and the satellite velocity v0 after coordinate conversion as initial values to obtain an orbit function r (t ) Then, an ephemeris that matches the satellite orbit represented by the orbit function r (t) is calculated. The ephemeris is calculated by, for example, a numerical calculation (for example, a least square method) that minimizes a difference between a satellite orbit based on a predetermined ephemeris parameter value and a satellite orbit represented by an orbit function r (t). it can. However, it goes without saying that other methods may be used.
位置算出部150は、位置算出装置1の位置を算出する。具体的には、記憶部200に記憶されている各捕捉衛星のエフェメリスとメジャメント情報とを用いて、例えば最小二乗法やカルマンフィルタのアルゴリズムに基づく公知の位置計算を行って位置算出装置1の位置及び時計誤差を算出する。
The
記憶部200は、ROMやフラッシュROM、RAM等の記憶装置で実現され、処理部100がベースバンド処理回路部22を統合的に制御するためのシステムプログラムや、各種機能を実現するためのプログラムやデータ等を記憶している。また、処理部100の作業領域として用いられ、処理部100が各種プログラムに従って実行した演算結果が一時的に格納される。
The
本実施形態において、記憶部200には、位置算出プログラム210と、フラグ設定用テーブル220と、第1の測位支援情報230と、第2の測位支援情報240と、個別衛星情報250と、算出結果データ260とが記憶される。
In the present embodiment, the
位置算出プログラム210は、処理部100によって読み出され、位置算出処理(図4参照)として実行されるプログラムである。位置算出プログラム210は、測位支援情報取得処理(図5参照)として実行される測位支援情報取得プログラム211をサブルーチンとして含む。これらの処理については、フローチャートを用いて詳細に後述する。
The
フラグ設定用テーブル220は、第1のエフェメリスと第2のエフェメリスとのうちの何れのエフェメリスを位置算出に使用するかを定めるフラグを設定するためのテーブルであり、そのテーブル構成の一例を図3に示す。 The flag setting table 220 is a table for setting a flag for determining which ephemeris of the first ephemeris and the second ephemeris is used for position calculation, and an example of the table configuration is shown in FIG. Shown in
フラグ設定用テーブル220には、条件の番号を示す条件No221と、条件の具体的な内容を示す条件内容223と、当該条件が成立した場合に設定するフラグ225とが対応付けて定められている。
In the flag setting table 220, a condition No. 221 indicating a condition number, a
第1番目の条件には、「第1のエフェメリスの基準日時からの経過時間が第1の閾値時間に達している、且つ、第2のエフェメリスの基準日時からの経過時間が第2の閾値時間に達している」が定められている。そして、この場合のフラグには「設定なし」が定められている。第1の閾値時間と第2の閾値時間は、同じ時間としてもよいし、異なる時間としてもよい。フラグの「設定なし」は、第1のエフェメリス及び第2のエフェメリスの何れも位置算出に使用しないことを意味する。 The first condition is “the elapsed time from the reference date and time of the first ephemeris has reached the first threshold time, and the elapsed time from the reference date and time of the second ephemeris is the second threshold time. Has been reached. In this case, “no setting” is set for the flag. The first threshold time and the second threshold time may be the same time or different times. The flag “no setting” means that neither the first ephemeris nor the second ephemeris is used for position calculation.
この第1番目の条件は、記憶部200に記憶されている第1のエフェメリス252の基準日時から一定時間が経過しており、且つ、記憶部200に記憶されている第2のエフェメリス253の基準日時から一定時間が経過している場合には、第1のエフェメリス252も第2のエフェメリス253も位置算出に使用しないことを示している。つまり、この場合は、GPS衛星信号から航法メッセージを復調して受信エフェメリス254を取得し、これを使用して位置算出を行うことになる。
This first condition is that a fixed time has elapsed from the reference date and time of the
第2番目の条件には、「第1のエフェメリスの基準日時が第2のエフェメリスの基準日時よりも新しい」が定められている。また、この場合のフラグとして「第1」が定められている。これは、記憶部200に記憶されている第1のエフェメリス252の基準日時が第2のエフェメリス253の基準日時よりも新しい場合は、第1のエフェメリス252を位置算出に使用することを示している。
The second condition defines that “the reference date and time of the first ephemeris is newer than the reference date and time of the second ephemeris”. Further, “first” is defined as the flag in this case. This indicates that when the reference date and time of the
第3番目の条件には、「第2のエフェメリスの基準日時が第1のエフェメリスの基準日時よりも新しい」が定められている。また、この条件が成立する場合は、更に2つの条件が定められている。具体的には、「2つのエフェメリスの基準日時の差が所定時間以内」の条件を満たす場合のフラグとして「第1」が定められており、「2つのエフェメリスの基準日時の差が所定時間超」の条件を満たす場合のフラグとして「第2」が定められている。 The third condition defines that “the reference date and time of the second ephemeris is newer than the reference date and time of the first ephemeris”. In addition, when this condition is satisfied, two more conditions are set. Specifically, “first” is set as a flag when the condition “the difference between the reference dates of two ephemeris is within a predetermined time” is satisfied, and “the difference between the reference dates of two ephemeris exceeds a predetermined time”. "Second" is defined as a flag when the condition "is satisfied.
これは、記憶部200に記憶されている第2のエフェメリス253の基準日時が第1のエフェメリス252の基準日時よりも新しい場合であっても、基準日時の時間差が所定時間内である場合は、第1のエフェメリス252を優先的に選択して位置算出に使用することを示している。また、第2のエフェメリス253の基準日時が第1のエフェメリス252の基準日時よりも新しい場合であって、それらの基準日時の時間差が所定時間を超えている場合は、第2のエフェメリス253を位置算出に使用することを示している。
Even if the reference date and time of the
第1のエフェメリス(第1の軌道情報)の基準日時及び第2のエフェメリス(第2の軌道情報)の基準日時を参照して、位置算出に利用する軌道情報を選択することになる。また、第3番目の条件によれば、第1のエフェメリス(第1の軌道情報)の基準日時と第2のエフェメリス(第2の軌道情報)の基準日時との差を用いて、位置算出に利用する軌道情報を選択することになる。 The trajectory information used for position calculation is selected with reference to the reference date and time of the first ephemeris (first trajectory information) and the reference date and time of the second ephemeris (second trajectory information). Further, according to the third condition, the position is calculated using the difference between the reference date and time of the first ephemeris (first trajectory information) and the reference date and time of the second ephemeris (second trajectory information). The trajectory information to be used is selected.
第1の測位支援情報230には、衛星別情報231と、基準日時232と、地球姿勢パラメーター(EOP)233とが含まれる。衛星別情報231は、各GPS衛星3それぞれについての個別の情報であり、衛星番号231Aと、衛星位置情報231Bと、衛星速度情報231Cと、衛星クロック誤差情報231Dとが含まれる。
The first
第2の測位支援情報240も、第1の測位支援情報230と含まれる情報の種類は同じである。しかし、第2の測位支援情報240は、前述したように、第1の測位支援情報230と比べて衛星速度情報の精度が低精度になっている。
The type of information included in the second
個別衛星情報250は、各GPS衛星3の個別情報であり、GPS衛星3毎に生成される情報である。この個別衛星情報250には、衛星番号251と、第1のエフェメリス252と、第2のエフェメリス253と、受信エフェメリス254と、メジャメント情報255とが含まれる。
The
第1のエフェメリス252は、第1の測位支援情報230を用いて算出されるエフェメリスであり、第2のエフェメリス253は、第2の測位支援情報240を用いて算出されるエフェメリスである。また、受信エフェメリス254は、GPS衛星信号を復調することで取得されるエフェメリスである。
The
メジャメント情報255は、いわゆる位相サーチ及び周波数サーチを行うことで取得したGPS衛星信号に関する諸量(例えばコード位相やドップラー周波数)のデータである。
The
算出結果データ260は、位置算出部150が位置算出処理を行って算出した位置(位置座標)や時計誤差(クロックバイアス)が記憶されたデータである。
The
4.処理の流れ
図4は、処理部100が、記憶部200に記憶されている位置算出プログラム210に従って実行する位置算出処理の流れを説明するフローチャートである。この位置算出処理は、例えば操作部31を介してユーザーによって位置算出の実行指示操作がなされた場合に実行される処理である。
4). Processing Flow FIG. 4 is a flowchart for explaining the flow of position calculation processing executed by the
先ず、処理部100は、記憶部200に記憶されている測位支援情報取得プログラム211に従って測位支援情報取得処理を行う(ステップA1)。
First, the
図5は、測位支援情報取得処理の流れを示すフローチャートである。
最初に、処理部100は、IMES送信機5からIMES信号の受信を試行する(ステップB1)。具体的には、IMES送信機5に割り当てられたPRN番号のレプリカコードを用いて受信信号との相関演算を行い、相関がとれたならば、受信成功と判定する。そして、受信に成功したならば(ステップB3;Yes)、受信したIMES信号から第1の測位支援情報230を復調する復調処理を行う(ステップB5)。
FIG. 5 is a flowchart showing the flow of the positioning support information acquisition process.
First, the
次いで、処理部100は、第1の測位支援情報230を更新するか否かを判定する(ステップB7)。具体的には、復調した第1の測位支援情報230に含まれる基準日時232と、記憶部200に記憶済みの第1の測位支援情報230に含まれる基準日時232とを比較する。そして、復調した第1の測位支援情報230に含まれる基準日時232の方が新しい場合に、第1の測位支援情報230を更新すると判定する。
Next, the
更新しないと判定したならば(ステップB7;No)、処理部100は、フラグの設定を前回の処理における設定のままとし、測位支援情報取得処理を終了する。それに対し、更新すると判定したならば(ステップB7;Yes)、処理部100は、復調した第1の測位支援情報230を記憶部200に更新記憶させる(ステップB9)。
If it determines with not updating (step B7; No), the
その後、座標変換行列生成部120が、記憶部200に記憶された第1の測位支援情報230に含まれる地球姿勢パラメーター(EOP)233を用いて、地球中心慣性(ECI)座標系と地球中心地球固定(ECEF)座標系との座標変換行列Qを生成する(ステップB11)。
After that, the coordinate transformation
次いで、第1のエフェメリス算出部130が、各GPS衛星3それぞれを対象とした第1のエフェメリス算出処理を行う(ステップB13)。具体的には、第1の測位支援情報230に含まれる、該当するGPS衛星3の衛星位置r0及び衛星速度v0を、座標変換行列Qを用いて座標変換する。そして、当該GPS衛星3についての運動方程式を生成し、この運動方程式に対して座標変換後の衛星位置r0及び衛星速度v0を初期値とした数値積分を行うことで、当該GPS衛星3の予測される衛星軌道を予測する。そして、予測した衛星軌道に基づいてエフェメリスのパラメーターを求めることで第1のエフェメリス252を算出する。
Next, the first
次いで、処理部100は、各GPS衛星3について記憶部200の個別衛星情報250に記憶された第1のエフェメリス252を更新記憶する(ステップB15)。
Next, the
その後、処理部100は、フラグ設定処理を行う(ステップB17)。具体的には、記憶部200に記憶されているフラグ設定用テーブル220を参照して、第1番目の条件から順に何れの条件内容223が成立するかを判定する。成立した条件内容223の条件No221に対応付けられたフラグ225を設定する。その後、処理部100は、測位支援情報取得処理を終了する。
Thereafter, the
一方、ステップB3においてIMES信号の受信に失敗したと判定したならば(ステップB3;No)、処理部100は、準天頂衛星信号の受信を試行する(ステップB19)。具体的には、準天頂衛星7に割り当てられたPRN番号のレプリカコードを用いて受信信号との相関演算を行い、相関がとれたならば、受信成功と判定する。そして、受信に成功したならば(ステップB21;Yes)、処理部100は、受信した準天頂衛星信号から第2の測位支援情報240を復調する復調処理を行う(ステップB23)。
On the other hand, if it is determined in step B3 that reception of the IMES signal has failed (step B3; No), the
次いで、処理部100は、第2の測位支援情報240を更新するか否かを判定する(ステップB25)。具体的には、復調した第2の測位支援情報240に含まれる基準日時242と、記憶部200に記憶済みの第2の測位支援情報240に含まれる基準日時242とを比較する。そして、復調した第2の測位支援情報240に含まれる基準日時242の方が新しい場合に、第2の測位支援情報240を更新すると判定する。
Next, the
更新しないと判定したならば(ステップB25;No)、処理部100は、フラグの設定を前回の処理における設定のままとし、測位支援情報取得処理を終了する。それに対し、更新すると判定したならば(ステップB25;Yes)、処理部100は、復調した第2の測位支援情報240を記憶部200に更新記憶させる(ステップB27)。
If it determines with not updating (step B25; No), the
その後、座標変換行列生成部120が、記憶部200に記憶された第2の測位支援情報240に含まれる地球姿勢パラメーター(EOP)243を用いて、地球中心慣性(ECI)座標系と地球中心地球固定(ECEF)座標系との座標変換行列Qを生成する(ステップB29)。
After that, the coordinate transformation
次いで、第2のエフェメリス算出部140が、各GPS衛星3それぞれを対象とした第2のエフェメリス算出処理を行う(ステップB31)。具体的には、第2の測位支援情報240に含まれる、該当するGPS衛星3の衛星位置r0及び衛星速度v0を、座標変換行列Qを用いて座標変換する。そして、当該GPS衛星3についての運動方程式を生成し、この運動方程式に対して座標変換後の衛星位置r0及び衛星速度v0を初期値とした数値積分を行うことで、当該GPS衛星3の予測される衛星軌道を予測する。そして、予測した衛星軌道に基づいてエフェメリスのパラメーターを求めることで第2のエフェメリス253を算出する。
Next, the second
次いで、処理部100は、各GPS衛星3について記憶部200の個別衛星情報250に記憶された第2のエフェメリス253を更新記憶する(ステップB33)。そして、処理部100は、ステップB17と同様にフラグ設定処理を行った後(ステップB35)、測位支援情報取得処理を終了する。
Next, the
また、ステップB21においてIMES信号の受信に失敗したと判定したならば(ステップB21;No)、処理部100は、ステップB17と同様にフラグ設定処理を行う(ステップB37)。そして、処理部100は、測位支援情報取得処理を終了する。
If it is determined in step B21 that reception of the IMES signal has failed (step B21; No), the
図4の位置算出処理に戻り、測位支援情報取得処理を行ったならば、処理部100は、フラグが設定されているか否かを判定する(ステップA3)。そして、設定されていると判定したならば(ステップA3;Yes)、位置算出部150が、設定に従ったエフェメリスを用いたGPS位置算出処理を行う(ステップA5)。
Returning to the position calculation process of FIG. 4, if the positioning support information acquisition process is performed, the
具体的には、フラグが「第1」に設定されている場合は、記憶部200に記憶された第1のエフェメリス252を選択し、フラグが「第2」に設定されている場合は、記憶部200に記憶された第2のエフェメリス253を選択する。この場合、GPS衛星信号捕捉部110が受信信号とレプリカコードとの相関演算を行ってメジャメント情報255を取得する。そして、選択したエフェメリスと、メジャメント情報255とを用いて、擬似距離に基づく公知の位置計算を行う。処理部100は、算出した位置及び時計誤差を算出結果データ260として記憶部200に記憶させる。
Specifically, when the flag is set to “first”, the
一方、ステップA3においてフラグ設定がなしであると判定したならば(ステップA3;No)、位置算出部150は、通常のGPS位置算出処理を行う(ステップA7)。具体的には、GPS衛星信号捕捉部110が受信信号からGPS衛星信号を捕捉し、航法メッセージを復調することで受信エフェメリス254を取得する。そして、受信エフェメリス254とメジャメント情報255とを用いて、擬似距離に基づく公知の位置計算を行う。そして、処理部100は、算出した位置及び時計誤差を算出結果データ260として記憶部200に記憶させる。
On the other hand, if it is determined in step A3 that the flag is not set (step A3; No), the
なお、測位支援情報取得処理において、第1の測位支援情報230の受信にも第2の測位支援情報240の受信にも失敗し、記憶部200に第1のエフェメリス252及び第2のエフェメリス253のどちらも記憶されていない状況も考えられる。当然ではあるが、この場合はエフェメリスを保持していないため、GPS衛星信号から、当該GPS衛星信号に重畳されているエフェメリス(受信エフェメリス254)を取得し、これを用いて位置を算出することになる。これは、第2の測位支援情報の受信が失敗した場合に、衛星信号から、当該衛星信号に重畳されている軌道情報を取得することに相当する。
In the positioning support information acquisition process, neither the first
ステップA5又はA7の処理を行ったならば、処理部100は、算出結果データ260に記憶された算出結果をホスト処理部30に出力する(ステップA9)。そして、処理部100は、位置算出処理を終了する。
If the processing of step A5 or A7 is performed, the
5.作用効果
位置算出装置1は、GPS衛星3の軌道情報の算出の基礎となる第1の測位支援情報を送信するIMES送信機5から第1の測位支援情報の受信を試み、第1の測位支援情報の受信が成功した場合に、当該第1の測位支援情報を用いて第1のエフェメリスを算出する。一方、第1の測位支援情報の受信が失敗した場合は、第1の測位支援情報より低精度な第2の測位支援情報を送信する準天頂衛星7から第2の測位支援情報の受信を試みる。そして、第2の測位支援情報の受信が成功した場合に、当該第2の測位支援情報を用いて第2のエフェメリスを算出する。そして、第1のエフェメリス及び第2のエフェメリスのうち、一のエフェメリスを選択し、当該一のエフェメリスと、GPS衛星3からの衛星信号とを用いて位置を算出する。
5. Operational Effect The
つまり、第2の測位支援情報より高精度な第1の測位支援情報の受信を優先的に試みる。そのため、より精度の良いエフェメリスを算出することが可能となる。また、第1の測位支援情報の受信が失敗した場合には、第2の測位支援情報の受信を試みる。そして、第2の測位支援情報の受信が成功した場合には、第2の測位支援情報から、エフェメリスを算出する。これにより、第1の測位支援情報が取得できない場合であっても、第2の測位支援情報からエフェメリスを算出することが可能となる。 That is, priority is given to receiving the first positioning support information with higher accuracy than the second positioning support information. Therefore, it becomes possible to calculate a more accurate ephemeris. In addition, when the reception of the first positioning support information fails, the reception of the second positioning support information is attempted. When the second positioning support information is successfully received, the ephemeris is calculated from the second positioning support information. As a result, even when the first positioning support information cannot be acquired, the ephemeris can be calculated from the second positioning support information.
また、位置算出を行う前に、IMES送信機5から第1の測位支援情報を受信して第1のエフェメリスを算出する。そして、第1の測位支援情報の受信が失敗した場合は、準天頂衛星7から第2の測位支援情報を受信して第2のエフェメリスを算出する。そして、第1のエフェメリス及び第2のエフェメリスのうち、一のエフェメリスを選択し、当該一のエフェメリスと、GPS衛星からの衛星信号とを用いて位置算出を行うことで、初期位置算出時間を短縮することができる。 Further, before the position calculation is performed, the first positioning support information is received from the IMES transmitter 5 to calculate the first ephemeris. Then, when the reception of the first positioning support information fails, the second positioning support information is received from the quasi-zenith satellite 7 and the second ephemeris is calculated. The initial position calculation time is shortened by selecting one ephemeris from the first ephemeris and the second ephemeris and performing position calculation using the one ephemeris and a satellite signal from a GPS satellite. can do.
GPS衛星信号には、所定の搬送時間をかけてエフェメリスを搬送する信号が重畳されている。それに対し、IMES送信機5は、上記の搬送時間より短時間で第1の測位支援情報を送信し、準天頂衛星7は、上記の搬送時間より短時間で第2の測位支援情報を送信する。そして、位置算出装置1は、GPS衛星信号からエフェメリスを取得するよりも短時間で第1の測位支援情報を受信し、GPS衛星信号からエフェメリスを取得するよりも短時間で第2の測位支援情報を受信する。これにより、速やかに測位支援情報を受信した上でエフェメリスを算出(予測)して、位置算出に利用することが可能となる。
A signal for carrying the ephemeris over a predetermined carrying time is superimposed on the GPS satellite signal. On the other hand, the IMES transmitter 5 transmits the first positioning support information in a shorter time than the transport time, and the quasi-zenith satellite 7 transmits the second positioning support information in a shorter time than the transport time. . The
また、本実施形態では、第1のエフェメリスの基準日時及び第2のエフェメリスの基準日時を参照して、位置算出に利用するエフェメリスを選択する。具体的には、第1のエフェメリスの基準日時が第2のエフェメリスの基準日時よりも新しい場合は、第1のエフェメリスを位置算出に利用するエフェメリスとして選択する。第1の測位支援情報に含まれるGPS衛星3の速度情報は、第2の測位支援情報に含まれるGPS衛星3の速度情報よりも有効桁数の大きい情報である。従って、第1の測位支援情報を用いて第1のエフェメリスを算出することで、第2の測位支援情報を用いて第2のエフェメリスを算出する場合と比べて、精度の高い軌道情報を得ることができる。その結果、第1のエフェメリスを用いて位置算出を行った場合、第2のエフェメリスを用いて位置算出を行う場合と比べて、位置算出の正確性が向上する。
In the present embodiment, the ephemeris used for position calculation is selected with reference to the reference date and time of the first ephemeris and the reference date and time of the second ephemeris. Specifically, when the reference date and time of the first ephemeris is newer than the reference date and time of the second ephemeris, the first ephemeris is selected as the ephemeris used for position calculation. The speed information of the
また、第2のエフェメリスの基準日時が第1のエフェメリスの基準日時よりも新しい場合であっても、それらの基準日時の差が所定時間内である場合は、第1のエフェメリスを位置算出に利用するエフェメリスとして選択する。これは、基準日時の差が所定時間以内であれば、第1のエフェメリスを位置算出に利用することに支障はないと考えられるため、位置算出の精度を確保するために、優先的に第1のエフェメリスを使用することにしたものである。それに対し、基準日時の差が所定時間を超えているのであれば、第1のエフェメリスは古くなっていることが考えられるため、新しい方の軌道情報である第2のエフェメリスを位置算出に利用することにしたものである。 Even if the reference date and time of the second ephemeris is newer than the reference date and time of the first ephemeris, if the difference between the reference dates and times is within a predetermined time, the first ephemeris is used for position calculation. Select as an ephemeris. This is because it is considered that there is no problem in using the first ephemeris for position calculation if the difference between the reference dates and times is within a predetermined time. Therefore, in order to ensure the accuracy of position calculation, the first priority is given. Of ephemeris. On the other hand, if the difference between the reference dates and times exceeds a predetermined time, the first ephemeris is considered to be out of date, so the second ephemeris that is the new orbital information is used for position calculation. It was decided.
また、第1の測位支援情報を保持している状態でIMES送信機5から新たな第1の測位支援情報を受信した場合に、受信した第1の測位支援情報に含まれる基準日時が、保持している第1の測位支援情報に含まれる基準日時と比べて新しい場合には、受信した第1の測位支援情報で、保持している第1の測位支援情報を更新する。そして、新たに第1のエフェメリスを算出し、これを位置算出に利用する。こうすることで、常に最新の第1のエフェメリスを位置算出に利用することが可能となる。
第2の測位支援情報を保持している状態で準天頂衛星7から新たな第2の測位支援情報を受信した場合も同様である。
When new first positioning support information is received from the IMES transmitter 5 while the first positioning support information is held, the reference date and time included in the received first positioning support information is held. If it is newer than the reference date and time included in the first positioning support information, the held first positioning support information is updated with the received first positioning support information. Then, a new first ephemeris is calculated and used for position calculation. In this way, it is possible to always use the latest first ephemeris for position calculation.
The same applies to the case where new second positioning support information is received from the quasi-zenith satellite 7 while the second positioning support information is held.
6.変形例
本発明を適用可能な実施例は、上記の実施例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは勿論である。以下、変形例について説明する。なお、上記実施形態と同一の構成については同一の符号を付して再度の説明を省略する。
6). Modifications Embodiments to which the present invention can be applied are not limited to the above-described embodiments, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Hereinafter, modified examples will be described. In addition, about the structure same as the said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description for the second time is abbreviate | omitted.
6−1.送信源
上記の実施形態では、第1の送信源を地上通信装置の一種であるIMES送信機5として説明した。しかし、第1の送信源はIMES送信機5に限られるわけではなく、内部或いは外部に送信機能を備えたサーバー装置、携帯電話やデータ通信用の基地局等の地上通信装置としてもよい。その場合、地上通信装置は、上述の人工衛星と同一の送信方式(送信プロトコルや送信周波数、変調方式など)で送信するように構成すれば好適である。異なる送信方式で送信する場合には、位置算出装置1に、当該送信方式に対応した受信機能を具備させる必要がある。
6-1. Transmission Source In the above embodiment, the first transmission source has been described as the IMES transmitter 5 which is a kind of ground communication device. However, the first transmission source is not limited to the IMES transmitter 5 and may be a server device having a transmission function inside or outside, a ground communication device such as a mobile phone or a data communication base station. In that case, it is preferable that the ground communication apparatus is configured to transmit by the same transmission method (transmission protocol, transmission frequency, modulation method, etc.) as the above-mentioned artificial satellite. When transmitting by a different transmission method, the
また、上記の実施形態では、第2の送信源を人工衛星の一種である準天頂衛星7として説明したが、準天頂衛星7ではなく静止衛星としてもよい。位置算出装置1の使用地域が赤道近傍の地域である場合には静止衛星が好適である。
In the above-described embodiment, the second transmission source is described as the quasi-zenith satellite 7 which is a kind of artificial satellite, but may be a stationary satellite instead of the quasi-zenith satellite 7. A geostationary satellite is suitable when the area where the
6−2.測位支援情報
上記の実施形態では、第1の測位支援情報には、第2の測位支援情報と比べて精度の高いGPS衛星3の速度情報が含まれることとして説明した。しかし、その代わりに、第1の測位支援情報に、第2の測位支援情報と比べて精度の高いGPS衛星3の位置情報を含めることとしてもよい。これは、第1の測位支援情報に含める位置情報の有効桁数を、第2の測位支援情報に含める位置情報の有効桁数よりも大きくすることにより実現可能である。
6-2. Positioning support information In the above-described embodiment, the first positioning support information has been described as including speed information of the
なお、GPS衛星3の位置情報と速度情報との何れか一方の情報ではなく、両方の情報について、第1の測位支援情報の方が第2の測位支援情報よりも有効桁数を大きくしてもよいことは勿論である。
It should be noted that the first positioning support information has a larger number of significant digits than the second positioning support information for both of the information, not the position information or the speed information of the
6−3.エフェメリスの選択
位置算出に使用するエフェメリスの選択方法は、上記の実施形態で説明した選択方法に限られるわけではない。例えば、準天頂衛星7から受信した低精度な第2の測位支援情報が記憶部200に記憶されている状態でIMES送信機5から高精度な第1の測位支援情報を受信することができた場合には、基準日時の如何に関わらず、受信した第1の測位支援情報を用いて算出した第1のエフェメリスを位置算出に使用するエフェメリスとして選択することとしてもよい。
6-3. Selection of Ephemeris The selection method of the ephemeris used for position calculation is not limited to the selection method described in the above embodiment. For example, high-precision first positioning support information could be received from the IMES transmitter 5 in a state where the low-precision second positioning support information received from the quasi-zenith satellite 7 is stored in the
また、IMES送信機5から受信した高精度な第1の測位支援情報が記憶部200に記憶されている状態で準天頂衛星7から低精度な第2の測位支援情報を受信することができ、且つ、第1の測位支援情報に含まれる基準日時から長期間が経過している場合には、受信した第2の測位支援情報を用いて算出した第2のエフェメリスを位置算出に使用するエフェメリスとして選択することとしてもよい。
In addition, it is possible to receive the low-precision second positioning support information from the quasi-zenith satellite 7 in a state where the high-precision first positioning support information received from the IMES transmitter 5 is stored in the
6−4.GPS衛星の位置算出
上記の実施形態では、位置算出装置1が、測位支援情報からGPS衛星3の衛星軌道(軌道関数r(t))を求め、この衛星軌道を表すエフェメリスを算出(予測)することにした。しかし、位置算出装置1が、衛星軌道(軌道関数r(t))からGPS衛星3の位置を直接求め、この衛星位置を用いて位置算出を行うことにしてもよい。つまり、各GPS衛星3について、予測される衛星軌道(すなわち、衛星軌道を表す軌道関数r(t))を算出した後、この予測軌道から、測位時刻tにおける当該GPS衛星3の位置を算出して位置計算に用いることとしてもよい。
6-4. Position Calculation of GPS Satellite In the above embodiment, the
そして、このようにして算出した衛星位置を用いて、例えば擬似距離を利用した公知の位置計算を行って位置を算出することとしてもよい。これによれば、予測軌道からエフェメリスを算出したり、GPS衛星信号を継続的に受信してエフェメリスを取得する必要が無くなるという効果が得られる。 Then, using the satellite position calculated in this way, for example, a known position calculation using a pseudorange may be performed to calculate the position. According to this, it is possible to obtain an effect that it is not necessary to calculate the ephemeris from the predicted trajectory or to acquire the ephemeris by continuously receiving the GPS satellite signal.
6−5.衛星測位システム
また、上記の実施形態では、GPS衛星3のエフェメリスを取得して位置算出を行う位置算出装置1を例に挙げて説明した。つまり、衛星測位システムをGPSとして説明した。しかし、WAAS(Wide Area Augmentation System)やGLONASS(GLObal NAvigation Satellite System)、GALILEO、Beidou等の衛星測位システムに対しても、本発明の手法を実質的に同一に適用可能である。
6-5. Satellite Positioning System In the above-described embodiment, the
6−6.第1の測位支援情報及び第2の測位支援情報の生成
また、上記の実施形態では、第1の測位支援情報及び第2の測位支援情報は、GPS衛星3から取得したエフェメリスを用いて生成する場合を例に挙げて説明した。しかし、第1の測位支援情報及び第2の測位支援情報の生成方法は、これに限定されず、エフェメリス以外の情報を用いて、第1の測位支援情報及び第2の測位支援情報を生成してもよい。
6-6. Generation of the first positioning support information and the second positioning support information In the above embodiment, the first positioning support information and the second positioning support information are generated using the ephemeris acquired from the
1 位置算出装置、 3 GPS衛星、 5 IMES送信機、 7 準天頂衛星、 10 アンテナ、 20 受信部、 21 RF受信回路部、 22 ベースバンド処理回路部、 30 ホスト処理部、 31 操作部、 32 表示部、 33 音出力部、34 時計部、 35 記憶部、 100 処理部、 200 記憶部 1 position calculation device, 3 GPS satellite, 5 IMES transmitter, 7 quasi-zenith satellite, 10 antenna, 20 reception unit, 21 RF reception circuit unit, 22 baseband processing circuit unit, 30 host processing unit, 31 operation unit, 32 display Unit, 33 sound output unit, 34 clock unit, 35 storage unit, 100 processing unit, 200 storage unit
Claims (6)
前記第1の測位支援情報の受信が成功した場合に、当該第1の測位支援情報を用いて第1の軌道情報を算出することと、
前記第1の測位支援情報の受信が失敗した場合に、前記第1の測位支援情報より低精度な第2の測位支援情報を送信する第2の送信源から前記第2の測位支援情報の受信を試みることと、
前記第2の測位支援情報の受信が成功した場合に、当該第2の測位支援情報を用いて第2の軌道情報を算出することと、
前記第1の軌道情報及び前記第2の軌道情報のうち、位置算出に利用する軌道情報を、前記第1の軌道情報の基準日時と前記第2の軌道情報の基準日時との差を用いて選択し、選択した軌道情報と前記測位用衛星からの衛星信号とを用いて位置を算出することと、
を含む位置算出装置の制御方法。 Attempting to receive the first positioning support information from a first transmission source that transmits the first positioning support information that is the basis for calculating the orbit information of the positioning satellite;
Calculating the first trajectory information using the first positioning support information when the first positioning support information is successfully received;
Reception of the second positioning support information from a second transmission source that transmits second positioning support information with lower accuracy than the first positioning support information when reception of the first positioning support information fails. And trying
Calculating the second trajectory information using the second positioning support information when the second positioning support information is successfully received;
Of the first trajectory information and the second trajectory information, the trajectory information used for position calculation is calculated using the difference between the reference date and time of the first trajectory information and the reference date and time of the second trajectory information. Selecting and calculating the position using the selected orbit information and the satellite signal from the positioning satellite;
A method for controlling a position calculation device including:
前記第1の送信源は、前記搬送時間より短時間で前記第1の測位支援情報を送信し、
前記第2の送信源は、前記搬送時間より短時間で前記第2の測位支援情報を送信し、
前記第1の測位支援情報の受信は、前記衛星信号から前記軌道情報を取得するよりも短時間で前記第1の測位支援情報を受信し、
前記第2の測位支援情報の受信は、前記衛星信号から前記軌道情報を取得するよりも短時間で前記第2の測位支援情報を受信する、
請求項1に記載の制御方法。 The satellite signal is superimposed with a signal carrying the orbit information over a predetermined carrying time,
The first transmission source transmits the first positioning support information in a shorter time than the transport time,
The second transmission source transmits the second positioning support information in a shorter time than the transport time,
The first positioning support information is received in a shorter time than acquiring the orbit information from the satellite signal,
The second positioning support information is received in a shorter time than acquiring the orbit information from the satellite signal.
The control method according to claim 1.
請求項1又は2に記載の制御方法。 The first positioning support information is information having a larger effective digit number than the second positioning support information.
The control method according to claim 1 or 2.
を更に含む請求項1〜3の何れか一項に記載の制御方法。 Acquiring orbit information superimposed on the satellite signal from the satellite signal when reception of the second positioning support information fails;
The control method according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
前記第1の軌道情報を算出することは、地球を周回する衛星の運動を表わす運動方程式と、前記第1の測位支援情報に含まれる前記測位用衛星の位置及び速度とを用いて、前記第1の軌道情報を算出することを含み、
前記第2の軌道情報を算出することは、前記運動方程式と、前記第2の測位支援情報に含まれる前記測位用衛星の位置及び速度とを用いて、前記第2の軌道情報を算出することを含む、
請求項1〜4の何れか一項に記載の制御方法。 The first and second positioning support information includes information on the position and speed of the positioning satellite,
The calculation of the first orbit information uses the equation of motion representing the motion of a satellite orbiting the earth and the position and velocity of the positioning satellite included in the first positioning support information. Calculating the trajectory information of one,
The calculation of the second orbit information is to calculate the second orbit information using the equation of motion and the position and velocity of the positioning satellite included in the second positioning support information. including,
The control method as described in any one of Claims 1-4 .
前記第1の測位支援情報の受信を試みることと、
前記第1の測位支援情報の受信が成功した場合に、当該第1の測位支援情報を用いて第1の軌道情報を算出することと、
前記第1の測位支援情報の受信が失敗した場合に、前記第2の測位支援情報の受信を試みることと、
前記第2の測位支援情報の受信が成功した場合に、当該第2の測位支援情報を用いて第2の軌道情報を算出することと、
前記第1の軌道情報及び前記第2の軌道情報のうち、位置算出に利用する軌道情報を、前記第1の軌道情報の基準日時と前記第2の軌道情報の基準日時との差を用いて選択し、選択した軌道情報と前記測位用衛星からの衛星信号とを用いて位置を算出することと、
を実行する位置算出装置。 A signal from the first transmission source that transmits the first positioning support information that is the basis for calculating the orbit information of the positioning satellite and the second positioning support information that is less accurate than the first positioning support information are transmitted. A position calculation device capable of receiving a signal from a second transmission source,
Attempting to receive the first positioning assistance information;
Calculating the first trajectory information using the first positioning support information when the first positioning support information is successfully received;
If reception of the first positioning support information fails, attempting to receive the second positioning support information;
Calculating the second trajectory information using the second positioning support information when the second positioning support information is successfully received;
Of the first trajectory information and the second trajectory information, the trajectory information used for position calculation is calculated using the difference between the reference date and time of the first trajectory information and the reference date and time of the second trajectory information. Selecting and calculating the position using the selected orbit information and the satellite signal from the positioning satellite;
The position calculation device that executes
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