JP2001281323A - Ｇｐｓによる物体の変位計測方法 - Google Patents
Ｇｐｓによる物体の変位計測方法Info
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- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/0009—Transmission of position information to remote stations
- G01S5/0045—Transmission from base station to mobile station
- G01S5/0063—Transmission from base station to mobile station of measured values, i.e. measurement on base station and position calculation on mobile
Abstract
(57)【要約】
【課題】整数値アンビギュイティの計算を必要としない
ＧＰＳによる物体の変位計測方法を提供する。 【解決手段】基準受信機と物体に配置される観測受信機
とにおける相対ベクトルを、物体の変動に依存しない長
周期変動成分と、物体の変動に依存する短周期変動成分
とに分けるとともに、短周期変動成分を、基準受信機か
ら衛星に向かう単位ベクトルの各ｘ，ｙ，ｚ軸成分にて
表し、少なくとも３個のＧＰＳ衛星と各受信機との間の
搬送波位相を計測するとともに、この計測データをバン
ドパスフィルタに通して、相対ベクトルの短周期変動成
分に相当する短周期位相成分を抽出し、この短周期位相
成分について、各受信機と各ＧＰＳ衛星との間の受信機
間一重差を少なくとも３個求めるとともに、これら少な
くとも３個の受信機間一重差に基づき相対ベクトルの短
周期変動成分の各軸成分を演算により求めて物体の変位
を計測する方法である。
ＧＰＳによる物体の変位計測方法を提供する。 【解決手段】基準受信機と物体に配置される観測受信機
とにおける相対ベクトルを、物体の変動に依存しない長
周期変動成分と、物体の変動に依存する短周期変動成分
とに分けるとともに、短周期変動成分を、基準受信機か
ら衛星に向かう単位ベクトルの各ｘ，ｙ，ｚ軸成分にて
表し、少なくとも３個のＧＰＳ衛星と各受信機との間の
搬送波位相を計測するとともに、この計測データをバン
ドパスフィルタに通して、相対ベクトルの短周期変動成
分に相当する短周期位相成分を抽出し、この短周期位相
成分について、各受信機と各ＧＰＳ衛星との間の受信機
間一重差を少なくとも３個求めるとともに、これら少な
くとも３個の受信機間一重差に基づき相対ベクトルの短
周期変動成分の各軸成分を演算により求めて物体の変位
を計測する方法である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＧＰＳによる物体
の変位計測方法に関するものである。
の変位計測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＧＰＳ（全地球測位システム）を
利用して、リアルタイム性を確保しつつセンチメートル
オーダーの精度でもって振動成分を測定するものとし
て、リアルタイムキネマティック方式（ＲＴＫ方式）が
ある。
利用して、リアルタイム性を確保しつつセンチメートル
オーダーの精度でもって振動成分を測定するものとし
て、リアルタイムキネマティック方式（ＲＴＫ方式）が
ある。
【０００３】この方式は、予め、緯度、経度、標高を明
らかにした基準点でのＧＰＳからの搬送波の位相計測値
を参照しながら、計測対象地点での搬送波位相を求める
ことによって対象地点の３次元の座標を求め、この座標
値の時間変動をもって振動成分の計測を行うものであ
る。
らかにした基準点でのＧＰＳからの搬送波の位相計測値
を参照しながら、計測対象地点での搬送波位相を求める
ことによって対象地点の３次元の座標を求め、この座標
値の時間変動をもって振動成分の計測を行うものであ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、搬送波位相に
より、計測対象地点での受信機と衛星との距離を求める
際に、整数値アンビギュイティを決定する必要があり、
この整数値アンビギュイティを求めるためには、多量の
計算を実行しなければならないという問題があった。
より、計測対象地点での受信機と衛星との距離を求める
際に、整数値アンビギュイティを決定する必要があり、
この整数値アンビギュイティを求めるためには、多量の
計算を実行しなければならないという問題があった。
【０００５】そこで、本発明は、整数値アンビギュイテ
ィの計算を必要としないＧＰＳによる物体の変位計測方
法を提供することを目的とする。
ィの計算を必要としないＧＰＳによる物体の変位計測方
法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のＧＰＳによる物体の変位計測方法は、所定
位置に配置される基準受信機および物体に配置される観
測受信機にて、少なくとも３個のＧＰＳ衛星から発射さ
れる電波の搬送波位相を計測して物体の変位を計測する
方法であって、上記両受信機間における相対ベクトル
を、物体の変動に依存しない長周期変動成分と、物体の
変動に依存する短周期変動成分とに分けるとともに、少
なくとも上記短周期変動成分を、基準受信機から衛星に
向かう単位ベクトルの各ｘ，ｙ，ｚ軸成分にて表し、上
記少なくとも３個のＧＰＳ衛星と各受信機との間の搬送
波位相を計測するとともに、この計測データを所定のバ
ンドパスフィルタに通すことにより、上記相対ベクトル
の短周期変動成分に相当する短周期位相成分を抽出し、
これら抽出された短周期位相成分について、上記各受信
機と各ＧＰＳ衛星との間の受信機間一重差を少なくとも
３個求めるとともに、これら少なくとも３個の受信機間
一重差に基づき上記相対ベクトルの短周期変動成分の各
軸成分を演算により求めて物体の変位を計測する方法で
ある。
に、本発明のＧＰＳによる物体の変位計測方法は、所定
位置に配置される基準受信機および物体に配置される観
測受信機にて、少なくとも３個のＧＰＳ衛星から発射さ
れる電波の搬送波位相を計測して物体の変位を計測する
方法であって、上記両受信機間における相対ベクトル
を、物体の変動に依存しない長周期変動成分と、物体の
変動に依存する短周期変動成分とに分けるとともに、少
なくとも上記短周期変動成分を、基準受信機から衛星に
向かう単位ベクトルの各ｘ，ｙ，ｚ軸成分にて表し、上
記少なくとも３個のＧＰＳ衛星と各受信機との間の搬送
波位相を計測するとともに、この計測データを所定のバ
ンドパスフィルタに通すことにより、上記相対ベクトル
の短周期変動成分に相当する短周期位相成分を抽出し、
これら抽出された短周期位相成分について、上記各受信
機と各ＧＰＳ衛星との間の受信機間一重差を少なくとも
３個求めるとともに、これら少なくとも３個の受信機間
一重差に基づき上記相対ベクトルの短周期変動成分の各
軸成分を演算により求めて物体の変位を計測する方法で
ある。
【０００７】また、本発明の他のＧＰＳによる物体の変
位計測方法は、所定位置に配置される基準受信機および
物体に配置される観測受信機にて、少なくとも３個のＧ
ＰＳ衛星から発射される電波の搬送波位相を計測して物
体の変位を計測する方法であって、上記両受信機間にお
ける相対ベクトルを、物体の変動に依存しない長周期変
動成分と、物体の変動に依存する短周期変動成分とに分
けるとともに、少なくとも上記短周期変動成分を、基準
受信機から衛星に向かう単位ベクトルの各ｘ，ｙ，ｚ軸
成分にて表し、上記少なくとも３個のＧＰＳ衛星と各受
信機との間の搬送波位相を計測するとともに、この計測
データを所定のバンドパスフィルタに通すことにより、
上記相対ベクトルの短周期変動成分に相当する短周期位
相成分を抽出し、これら抽出された短周期位相成分につ
いて、上記各受信機と各ＧＰＳ衛星との間の受信機間・
衛星間二重差を少なくとも３個求めるとともに、これら
少なくとも３個の受信機間・衛星間二重差に基づき上記
相対ベクトルの短周期変動成分の各軸成分を演算により
求めて物体の変位を計測する方法である。
位計測方法は、所定位置に配置される基準受信機および
物体に配置される観測受信機にて、少なくとも３個のＧ
ＰＳ衛星から発射される電波の搬送波位相を計測して物
体の変位を計測する方法であって、上記両受信機間にお
ける相対ベクトルを、物体の変動に依存しない長周期変
動成分と、物体の変動に依存する短周期変動成分とに分
けるとともに、少なくとも上記短周期変動成分を、基準
受信機から衛星に向かう単位ベクトルの各ｘ，ｙ，ｚ軸
成分にて表し、上記少なくとも３個のＧＰＳ衛星と各受
信機との間の搬送波位相を計測するとともに、この計測
データを所定のバンドパスフィルタに通すことにより、
上記相対ベクトルの短周期変動成分に相当する短周期位
相成分を抽出し、これら抽出された短周期位相成分につ
いて、上記各受信機と各ＧＰＳ衛星との間の受信機間・
衛星間二重差を少なくとも３個求めるとともに、これら
少なくとも３個の受信機間・衛星間二重差に基づき上記
相対ベクトルの短周期変動成分の各軸成分を演算により
求めて物体の変位を計測する方法である。
【０００８】上記の各計測方法によると、基準受信機と
観測受信機との間の相対ベクトルを、物体の変動に依存
しない長周期変動成分と物体の変動に依存する短周期変
動成分とに分けるとともに、物体の変動に直接関係する
短周期変動成分にだけ着目して、両受信機とＧＰＳ衛星
との間における搬送波位相の短周期変動成分である短周
期位相成分の受信機間一重差、または短周期位相成分の
受信機間・衛星間二重差に基づき、相対ベクトルの短周
期変動成分の各軸成分を演算により求めるようにしたの
で、整数値アンビギュイティを求めることなく、物体の
変動を計測し得る。
観測受信機との間の相対ベクトルを、物体の変動に依存
しない長周期変動成分と物体の変動に依存する短周期変
動成分とに分けるとともに、物体の変動に直接関係する
短周期変動成分にだけ着目して、両受信機とＧＰＳ衛星
との間における搬送波位相の短周期変動成分である短周
期位相成分の受信機間一重差、または短周期位相成分の
受信機間・衛星間二重差に基づき、相対ベクトルの短周
期変動成分の各軸成分を演算により求めるようにしたの
で、整数値アンビギュイティを求めることなく、物体の
変動を計測し得る。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
るＧＰＳによる物体の変位計測方法を、図１および図２
に基づき説明する。
るＧＰＳによる物体の変位計測方法を、図１および図２
に基づき説明する。
【００１０】本実施の形態における変位計測方法は、キ
ネマティック方式を利用するものであり、数十ヘルツ程
度の物体の振動、具体的には、建築構造物の振動、機械
構造物の振動、あるいは海面の変動を計測し得るもので
ある。
ネマティック方式を利用するものであり、数十ヘルツ程
度の物体の振動、具体的には、建築構造物の振動、機械
構造物の振動、あるいは海面の変動を計測し得るもので
ある。
【００１１】ところで、この変位計測方法は、キネマテ
ィック方式を利用するため、その計測に際しては、基準
点に配置される基準受信機と例えば建築構造物などに設
置される観測点である観測受信機とが使用され、またそ
の計測においては、両地点間の基線である相対ベクトル
が用いられる。なお、各受信機の位置は、実際には、受
信アンテナの設置位置である。
ィック方式を利用するため、その計測に際しては、基準
点に配置される基準受信機と例えば建築構造物などに設
置される観測点である観測受信機とが使用され、またそ
の計測においては、両地点間の基線である相対ベクトル
が用いられる。なお、各受信機の位置は、実際には、受
信アンテナの設置位置である。
【００１２】まず、通常のキネマティック方式による計
測原理を説明する。図１に示すように、ＧＰＳ衛星（以
下、衛星という）Ｓiと観測受信機Ｒ1との間の距離ρ1 i
は、下記（１）式にて表される。
測原理を説明する。図１に示すように、ＧＰＳ衛星（以
下、衛星という）Ｓiと観測受信機Ｒ1との間の距離ρ1 i
は、下記（１）式にて表される。
【００１３】
【数１】 なお、（１）式中、ｘ，ｙ，ｚは、測地座標系でのｘ座
標，ｙ座標，ｚ座標を示し、添え字のｒｃｖは受信機
（数字の１は観測受信機、０は基準受信機を示す）、ｓ
ａｔは衛星を示す。
標，ｙ座標，ｚ座標を示し、添え字のｒｃｖは受信機
（数字の１は観測受信機、０は基準受信機を示す）、ｓ
ａｔは衛星を示す。
【００１４】ここで、整数値アンビギュイティＮ1 iが求
まった上に、計測誤差が小さければ、下記（２）式が成
立する。
まった上に、計測誤差が小さければ、下記（２）式が成
立する。
【００１５】
【数２】 なお、上記（２）式中、φは搬送波位相を距離で表した
ものであり、バーφiは衛星が送信波を発信し始めたと
きから観測時点までの搬送波位相を距離で表したもので
あり、またλはＧＰＳ衛星からの搬送波の波長を表す。
ものであり、バーφiは衛星が送信波を発信し始めたと
きから観測時点までの搬送波位相を距離で表したもので
あり、またλはＧＰＳ衛星からの搬送波の波長を表す。
【００１６】ところで、キネマティック方式では、衛星
および伝播路に起因する誤差を消すために、図１に示す
ように，位置が既知である基準点に配置された基準受信
機Ｒ 0を用いて相対測位を行う。
および伝播路に起因する誤差を消すために、図１に示す
ように，位置が既知である基準点に配置された基準受信
機Ｒ 0を用いて相対測位を行う。
【００１７】すなわち、衛星Ｓiと基準受信機Ｒ0との間
の距離ρ0 iは下記（３）式にて表される。
の距離ρ0 iは下記（３）式にて表される。
【００１８】
【数３】 ここで，受信機間一重差（Δρ）を取ると、下記（４）
式が得られる。
式が得られる。
【００１９】
【数４】 ところで，受信機に起因する誤差が小さく、また整数値
アンビギュイティＮの受信機間一重差（ΔＮ）01 i＝Ｎ0
i−Ｎ1 iが求まったとすると、下記（５）式の近似式が
成立する。
アンビギュイティＮの受信機間一重差（ΔＮ）01 i＝Ｎ0
i−Ｎ1 iが求まったとすると、下記（５）式の近似式が
成立する。
【００２０】
【数５】 すなわち、２個の受信機で３個以上の衛星を観測して、
搬送波位相の受信機間一重差（Δφ）01 iが求まれば，
観測受信機Ｒ1の座標（ｘrcv1，ｙrcv1，ｚrcv1）を決
定することができる。バーφiに関する項は，ρ0 iとρ1
iに共通な項であるので，受信機間一重差を取ることに
より消える。
搬送波位相の受信機間一重差（Δφ）01 iが求まれば，
観測受信機Ｒ1の座標（ｘrcv1，ｙrcv1，ｚrcv1）を決
定することができる。バーφiに関する項は，ρ0 iとρ1
iに共通な項であるので，受信機間一重差を取ることに
より消える。
【００２１】ところで、衛星Ｓ，基準受信機Ｒ0および
観測受信機Ｒ1は，図２に示すような位置関係にある。
もしも，基準点と観測点の距離があまり大きくない場合
には、上記（３）式の右辺を簡単にすることができる。
観測受信機Ｒ1は，図２に示すような位置関係にある。
もしも，基準点と観測点の距離があまり大きくない場合
には、上記（３）式の右辺を簡単にすることができる。
【００２２】すなわち、基準受信機Ｒ0と観測受信機Ｒ1
の相対位置ベクトルを、Δ＊ｒ01＝（Δｘ01，Δｙ01，
Δｚ01）とすると、下記（６）式が成り立つ。なお、＊
の記号は、それに続く記号がベクトルであることを示
す。但し、式中においては、太字で示している。（以
下、同じ）
の相対位置ベクトルを、Δ＊ｒ01＝（Δｘ01，Δｙ01，
Δｚ01）とすると、下記（６）式が成り立つ。なお、＊
の記号は、それに続く記号がベクトルであることを示
す。但し、式中においては、太字で示している。（以
下、同じ）
【００２３】
【数６】 この（６）式を、（１）式に代入して変形すると、下記
（７）式が得られる。
（７）式が得られる。
【００２４】
【数７】 ここで，＊ｅ0 i＝（ｅ0,x i，ｅ0,y i，ｅ0,z i）は基準受
信機Ｒ0から衛星Ｓiに向かう単位ベクトルで，そのｘ
軸，ｙ軸，ｚ軸は、図２に示されるように，基準受信機
Ｒ0から見た衛星Ｓiの高度角θ0,elv iおよび方位角θ
0,azm iを用いて下記（８）式のように表される。
信機Ｒ0から衛星Ｓiに向かう単位ベクトルで，そのｘ
軸，ｙ軸，ｚ軸は、図２に示されるように，基準受信機
Ｒ0から見た衛星Ｓiの高度角θ0,elv iおよび方位角θ
0,azm iを用いて下記（８）式のように表される。
【００２５】
【数８】 衛星の高度が、２００００ｋｍと極めて大きいので，通
常、高度角θ0,elv iおよび方位角θ0,azm iは，擬似距離
を用いても極めて正確に求めることができる。
常、高度角θ0,elv iおよび方位角θ0,azm iは，擬似距離
を用いても極めて正確に求めることができる。
【００２６】上記受信機間一重差を示す（５）式の右辺
は，（７）式を用いると、下記（９）式のようになる。
は，（７）式を用いると、下記（９）式のようになる。
【００２７】
【数９】 ところで、両受信機Ｒ0，Ｒ1間の相対変位ベクトルΔ＊
ｒ01を求めるのに，基準受信機Ｒ0の絶対座標は不要で
あり、また基準受信機Ｒ0が動いていてもよい。
ｒ01を求めるのに，基準受信機Ｒ0の絶対座標は不要で
あり、また基準受信機Ｒ0が動いていてもよい。
【００２８】さらに，（５）式の衛星間一重差、すなわ
ち受信機間・衛星間二重差（▽・） ij＝（・）i−
（・）jを取ると、下記（１０）式が得られる。
ち受信機間・衛星間二重差（▽・） ij＝（・）i−
（・）jを取ると、下記（１０）式が得られる。
【００２９】
【数１０】 ここで、（４）式を用いると、下記（１１）式が得られ
る。
る。
【００３０】
【数１１】 ところで、（１０）式が成立し，２個の受信機で４個以
上の衛星を観測して，3個以上の（▽Δφ）01 ijが求ま
れば，また何らかの方法で（▽ΔＮ）01 ijが求まれば，
観測受信機の座標（ｘrcv1，ｙrcv1，ｚrcv1）を決定す
ることができる。
上の衛星を観測して，3個以上の（▽Δφ）01 ijが求ま
れば，また何らかの方法で（▽ΔＮ）01 ijが求まれば，
観測受信機の座標（ｘrcv1，ｙrcv1，ｚrcv1）を決定す
ることができる。
【００３１】また、基準受信機と観測受信機との距離が
あまり大きくないときには，（９）式を（１１）式に代
入することにより、下記（１２）式の近似式が得られ
る。
あまり大きくないときには，（９）式を（１１）式に代
入することにより、下記（１２）式の近似式が得られ
る。
【００３２】
【数１２】 リアルタイム・キネマティック方式によって観測受信機
位置の変動成分を求めるには、上記のアルゴリズムをリ
アルタイムに実行してΔ＊ｒ01を求めて，これと基準受
信機の位置から、観測受信機の３次元座標位置を求め、
その時間変化を求めることになる。
位置の変動成分を求めるには、上記のアルゴリズムをリ
アルタイムに実行してΔ＊ｒ01を求めて，これと基準受
信機の位置から、観測受信機の３次元座標位置を求め、
その時間変化を求めることになる。
【００３３】ところで、上述したように、この方法によ
る位置計測には、整数値アンビギュイティＮαiを決定
できることが前提であり、これを求めるために多量の計
算を実行しなければならない。
る位置計測には、整数値アンビギュイティＮαiを決定
できることが前提であり、これを求めるために多量の計
算を実行しなければならない。
【００３４】本発明では、この整数値アンビギュイティ
を求めることなく、受信機位置の変動成分を求めること
ができる。以下、整数値アンビギュイティを用いること
なく、観測受信機の変動、すなわち建築構造物などの物
体の振動を計測する方法について説明する。
を求めることなく、受信機位置の変動成分を求めること
ができる。以下、整数値アンビギュイティを用いること
なく、観測受信機の変動、すなわち建築構造物などの物
体の振動を計測する方法について説明する。
【００３５】まず、基準受信機と観測受信機との間の下
記（１３）式に示す相対ベクトル（相対位置ベクトル、
相対変位ベクトルともいう）Δ＊ｒを、下記（１４）式
および（１５）式に示すように、物体（観測点）の変動
に依存しない長周期変動成分Δ＊ｒＬ（Ｌの記号で長周
期分を示し、式中では、∧のハットの記号で示す。以
下、同じ。）と、物体の変動に依存する短周期変動成分
Δ＊ｒＳ（Ｓの記号で短周期分を示し、式中では、〜の
波の記号で示す。以下、同じ。）とに分け、各成分を表
示すると、下記（１６）式のようになる。
記（１３）式に示す相対ベクトル（相対位置ベクトル、
相対変位ベクトルともいう）Δ＊ｒを、下記（１４）式
および（１５）式に示すように、物体（観測点）の変動
に依存しない長周期変動成分Δ＊ｒＬ（Ｌの記号で長周
期分を示し、式中では、∧のハットの記号で示す。以
下、同じ。）と、物体の変動に依存する短周期変動成分
Δ＊ｒＳ（Ｓの記号で短周期分を示し、式中では、〜の
波の記号で示す。以下、同じ。）とに分け、各成分を表
示すると、下記（１６）式のようになる。
【００３６】
【数１３】 上記（１６）式を距離ρについての受信機間一重差を求
める（９）式に代入すると、下記（１７）式が得られ
る。
める（９）式に代入すると、下記（１７）式が得られ
る。
【００３７】
【数１４】 （Δρ）01 iの短周期変動成分を（ΔρＳ）01 i（ｔ）と
すると下記（１８）式が求められる。
すると下記（１８）式が求められる。
【００３８】
【数１５】 したがって，衛星に起因する誤差が少ない場合には，搬
送波位相の受信機間一重差（Δφ）01 iの短周期変動成
分である短周期位相成分を（ΔφＳ）01 i（ｔ）とする
と、（ΔＮ）01 iは時間的に変動しない、すなわち物体
の変動に依存しない長周期変動成分であるので、下記
（１９）式が成立する。
送波位相の受信機間一重差（Δφ）01 iの短周期変動成
分である短周期位相成分を（ΔφＳ）01 i（ｔ）とする
と、（ΔＮ）01 iは時間的に変動しない、すなわち物体
の変動に依存しない長周期変動成分であるので、下記
（１９）式が成立する。
【００３９】
【数１６】 したがって、３個以上の衛星情報から３個以上の短周期
位相成分（ΔφＳ）01 i（ｔ）が得られれば，３個の
（１８）式を得ることができ、従って相対ベクトルの短
周期変動成分ΔｒＳ（ｔ）＝（ΔｘＳ01（ｔ），ΔｙＳ
01（ｔ），ΔｚＳ 01（ｔ））を決定することができる。
この搬送波位相φの時間的に変動する成分、すなわち物
体の変動に依存する短周期位相成分φＳαi（ｔ）；
（α＝０，１）は，生の観測値φαiに、所定のバンド
パスフィルタをかけることにより求めることができる。
位相成分（ΔφＳ）01 i（ｔ）が得られれば，３個の
（１８）式を得ることができ、従って相対ベクトルの短
周期変動成分ΔｒＳ（ｔ）＝（ΔｘＳ01（ｔ），ΔｙＳ
01（ｔ），ΔｚＳ 01（ｔ））を決定することができる。
この搬送波位相φの時間的に変動する成分、すなわち物
体の変動に依存する短周期位相成分φＳαi（ｔ）；
（α＝０，１）は，生の観測値φαiに、所定のバンド
パスフィルタをかけることにより求めることができる。
【００４０】すなわち、バンドパスフィルタを通過した
搬送波位相の時間変動成分である短周期位相成分φＳに
基づき、観測受信機が設けられた物体、例えば建築構造
物の振動による変位を計測することができる。
搬送波位相の時間変動成分である短周期位相成分φＳに
基づき、観測受信機が設けられた物体、例えば建築構造
物の振動による変位を計測することができる。
【００４１】ここで、上記計測方法を実現し得る物体の
変位計測装置の概略構成を、図２および図３に基づき説
明する。この変位計測装置は、ＧＰＳ衛星から送信され
る電波を受信してその航法メッセージに含まれるデータ
から衛星の高度角θelvおよび方位角θazmを計測する衛
星角度計測部１と、搬送波位相（位相距離）φを計測す
る搬送波位相計測部２と、この搬送波位相計測部２にて
計測された搬送波位相φをバンドパスフィルタを通過さ
せて時間変動成分である短周期位相成分φＳを抽出する
短周期位相成分抽出部３と、この短周期位相成分抽出部
３にて抽出された短周期位相成分φＳの受信機間一重差
ΔφＳを求める一重差演算部４と、上記衛星角度計測部
１から高度角θelv、方位角θazmおよび一重差演算部４
から受信機間一重差ΔφＳをそれぞれ入力して少なくと
も３個の方程式を作成するとともにこの連立方程式を解
いて相対ベクトルΔｒの短周期変動成分ΔｒＳを演算す
る短周期変動成分演算部５とが具備されたものである。
変位計測装置の概略構成を、図２および図３に基づき説
明する。この変位計測装置は、ＧＰＳ衛星から送信され
る電波を受信してその航法メッセージに含まれるデータ
から衛星の高度角θelvおよび方位角θazmを計測する衛
星角度計測部１と、搬送波位相（位相距離）φを計測す
る搬送波位相計測部２と、この搬送波位相計測部２にて
計測された搬送波位相φをバンドパスフィルタを通過さ
せて時間変動成分である短周期位相成分φＳを抽出する
短周期位相成分抽出部３と、この短周期位相成分抽出部
３にて抽出された短周期位相成分φＳの受信機間一重差
ΔφＳを求める一重差演算部４と、上記衛星角度計測部
１から高度角θelv、方位角θazmおよび一重差演算部４
から受信機間一重差ΔφＳをそれぞれ入力して少なくと
も３個の方程式を作成するとともにこの連立方程式を解
いて相対ベクトルΔｒの短周期変動成分ΔｒＳを演算す
る短周期変動成分演算部５とが具備されたものである。
【００４２】ところで、上記の計測方法においては、搬
送波位相の短周期変動成分である短周期位相成分の受信
機間一重差に基づき相対ベクトルの短周期変動成分を求
めたが、例えば短周期位相成分の受信機間・衛星間二重
差を用いることにより、さらに相対ベクトルの短周期変
動成分を精度良く求めることができる。
送波位相の短周期変動成分である短周期位相成分の受信
機間一重差に基づき相対ベクトルの短周期変動成分を求
めたが、例えば短周期位相成分の受信機間・衛星間二重
差を用いることにより、さらに相対ベクトルの短周期変
動成分を精度良く求めることができる。
【００４３】すなわち、上記（１８）式および（１９）
式の受信機間・衛星間二重差を取ると、下記（２０）式
が求まる。
式の受信機間・衛星間二重差を取ると、下記（２０）式
が求まる。
【００４４】
【数１７】 したがって、４個以上の衛星情報から３個以上の短周期
位相成分の受信機間・衛星間二重差（∇ΔφＳ）
01 ij（ｔ）を作ることにより、（２０）式の最左辺と最
右辺とが作る連立方程式を解くことによって，相対ベク
トルの短周期変動成分Δ＊ｒ01（ｔ）＝（Δｘ
01（ｔ），Δｙ01（ｔ），Δｚ01（ｔ））を決定するこ
とができる。
位相成分の受信機間・衛星間二重差（∇ΔφＳ）
01 ij（ｔ）を作ることにより、（２０）式の最左辺と最
右辺とが作る連立方程式を解くことによって，相対ベク
トルの短周期変動成分Δ＊ｒ01（ｔ）＝（Δｘ
01（ｔ），Δｙ01（ｔ），Δｚ01（ｔ））を決定するこ
とができる。
【００４５】上記の各計測方法によると、観測受信機Ｒ
1の短周期変動成分Δ＊ｒ01（ｔ）を、整数値アンビギ
ュイティを用いることなく求めることができる。この場
合における変位計測装置は、図３に示すように、ＧＰＳ
衛星から送信される電波を受信してその航法メッセージ
に含まれるデータから衛星の高度角θel vおよび方位角
θazmを計測する衛星角度計測部１１と、搬送波位相
（位相距離）φを計測する搬送波位相計測部１２と、こ
の搬送波位相計測部１２にて計測された搬送波位相φを
バンドパスフィルタを通過させて時間変動成分である短
周期位相成分φＳを抽出する短周期位相成分抽出部１３
と、この短周期位相成分抽出部１３にて抽出された短周
期位相成分φＳの受信機間一重差ΔφＳを求める一重差
演算部１４と、この一重差演算部１４にて抽出された受
信機間一重差ΔφＳの衛星間一重差、すなわち短周期位
相成分φＳの受信機間・衛星間二重差∇ΔφＳを求める
二重差演算部１５と、上記衛星方位計測部１１からの高
度角θelv、方位角θazmおよび二重差演算部１５から受
信機間・衛星間二重差∇ΔφＳを入力して少なくとも３
個の方程式を作成するとともにこの連立方程式を解いて
相対ベクトルΔｒの短周期変動成分ΔｒＳを演算する短
周期変動成分演算部１６とが具備されたものである。
1の短周期変動成分Δ＊ｒ01（ｔ）を、整数値アンビギ
ュイティを用いることなく求めることができる。この場
合における変位計測装置は、図３に示すように、ＧＰＳ
衛星から送信される電波を受信してその航法メッセージ
に含まれるデータから衛星の高度角θel vおよび方位角
θazmを計測する衛星角度計測部１１と、搬送波位相
（位相距離）φを計測する搬送波位相計測部１２と、こ
の搬送波位相計測部１２にて計測された搬送波位相φを
バンドパスフィルタを通過させて時間変動成分である短
周期位相成分φＳを抽出する短周期位相成分抽出部１３
と、この短周期位相成分抽出部１３にて抽出された短周
期位相成分φＳの受信機間一重差ΔφＳを求める一重差
演算部１４と、この一重差演算部１４にて抽出された受
信機間一重差ΔφＳの衛星間一重差、すなわち短周期位
相成分φＳの受信機間・衛星間二重差∇ΔφＳを求める
二重差演算部１５と、上記衛星方位計測部１１からの高
度角θelv、方位角θazmおよび二重差演算部１５から受
信機間・衛星間二重差∇ΔφＳを入力して少なくとも３
個の方程式を作成するとともにこの連立方程式を解いて
相対ベクトルΔｒの短周期変動成分ΔｒＳを演算する短
周期変動成分演算部１６とが具備されたものである。
【００４６】ここで、 図５に４個の衛星を用いた場合
の（２０）式に基づく本発明の計測方法（ＫＶＤ法）に
より求めた鉛直方向での変動成分計算結果と、リアルタ
イム・キネマティック法（ＲＴＫ法）により求めた結果
との比較を示す。図５から、本発明に係る計測方法（Ｋ
ＶＤ法）による計測結果が、リアルタイム・キネマティ
ック法（ＲＴＫ法）による結果とほぼ同一であることが
分かる。
の（２０）式に基づく本発明の計測方法（ＫＶＤ法）に
より求めた鉛直方向での変動成分計算結果と、リアルタ
イム・キネマティック法（ＲＴＫ法）により求めた結果
との比較を示す。図５から、本発明に係る計測方法（Ｋ
ＶＤ法）による計測結果が、リアルタイム・キネマティ
ック法（ＲＴＫ法）による結果とほぼ同一であることが
分かる。
【００４７】このように、基準受信機と観測受信機との
間の相対ベクトルを、物体の変動に依存しない長周期変
動成分と物体の変動に依存する短周期変動成分とに分け
るとともに、物体の変動に直接関係する短周期変動成分
にだけ着目して、両受信機とＧＰＳ衛星との間における
搬送波位相の短周期変動成分（整数値アンビギュイテ
ィ、衛星軌道の変動などに依存しない成分）である短周
期位相成分の受信機間一重差、または受信機間・衛星間
二重差に基づき、相対ベクトルの各軸成分を演算により
求めるようにしたので、整数値アンビギュイティを求め
ることなく、物体の変動を計測することができる。
間の相対ベクトルを、物体の変動に依存しない長周期変
動成分と物体の変動に依存する短周期変動成分とに分け
るとともに、物体の変動に直接関係する短周期変動成分
にだけ着目して、両受信機とＧＰＳ衛星との間における
搬送波位相の短周期変動成分（整数値アンビギュイテ
ィ、衛星軌道の変動などに依存しない成分）である短周
期位相成分の受信機間一重差、または受信機間・衛星間
二重差に基づき、相対ベクトルの各軸成分を演算により
求めるようにしたので、整数値アンビギュイティを求め
ることなく、物体の変動を計測することができる。
【００４８】
【発明の効果】以上のように本発明の物体の変位計測方
法によると、基準受信機と観測受信機との間の相対ベク
トルを、物体の変動に依存しない長周期変動成分と物体
の変動に依存する短周期変動成分とに分けるとともに、
物体の変動に直接関係する短周期変動成分にだけ着目し
て、両受信機とＧＰＳ衛星との間における搬送波位相の
短周期変動成分である短周期位相成分の受信機間一重
差、または短周期位相成分の受信機間・衛星間二重差に
基づき、相対ベクトルの短周期変動成分の各軸成分を演
算により求めるようにしたので、整数値アンビギュイテ
ィを求めることなく、物体の変動を計測することができ
る。
法によると、基準受信機と観測受信機との間の相対ベク
トルを、物体の変動に依存しない長周期変動成分と物体
の変動に依存する短周期変動成分とに分けるとともに、
物体の変動に直接関係する短周期変動成分にだけ着目し
て、両受信機とＧＰＳ衛星との間における搬送波位相の
短周期変動成分である短周期位相成分の受信機間一重
差、または短周期位相成分の受信機間・衛星間二重差に
基づき、相対ベクトルの短周期変動成分の各軸成分を演
算により求めるようにしたので、整数値アンビギュイテ
ィを求めることなく、物体の変動を計測することができ
る。
【図１】本発明の実施の形態における変位計測方法を説
明するための衛星と受信機との位置関係を示す図であ
る。
明するための衛星と受信機との位置関係を示す図であ
る。
【図２】同変位計測方法を説明するための衛星に対する
基準受信機における高度角と方位角を示す図である。
基準受信機における高度角と方位角を示す図である。
【図３】同変位計測方法を実施するための変位計測装置
の概略構成を示すブロック図である。
の概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の他の変位計測方法を実施するための変
位計測装置の概略構成を示すブロック図である。
位計測装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】同他の変位計測方法とリアルタイム・キネマテ
ィック方式とによる変動成分計測値の比較を示すグラフ
である。
ィック方式とによる変動成分計測値の比較を示すグラフ
である。
Ｓ ＧＰＳ衛星 Ｒ0 基準受信機 Ｒ1 観測受信機 １ 衛星角度計測部 ２ 搬送波位相計測部 ３ 短周期位相成分抽出部 ４ 一重差演算部 ５ 短周期変動成分演算部 １１ 衛星角度計測部 １２ 搬送波位相計測部 １３ 短周期位相成分抽出部 １４ 一重差演算部 １５ 二重差演算部 １６ 短周期変動成分演算部
フロントページの続き (72)発明者 土屋 淳 神奈川県鎌倉市大町４−２−18 (72)発明者 加藤 照之 神奈川県藤沢市辻堂２丁目14番地32号 (72)発明者 寺田 幸博 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 木下 正生 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 柿本 英司 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 一色 浩 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号 日立造船株式会社内 Ｆターム(参考） 5J062 AA01 BB08 CC07 DD23 EE04
Claims (2)
- 【請求項１】所定位置に配置される基準受信機および物
体に配置される観測受信機にて、少なくとも３個のＧＰ
Ｓ衛星から発射される電波の搬送波位相を計測して物体
の変位を計測する方法であって、 上記両受信機間における相対ベクトルを、物体の変動に
依存しない長周期変動成分と、物体の変動に依存する短
周期変動成分とに分けるとともに、少なくとも上記短周
期変動成分を、基準受信機から衛星に向かう単位ベクト
ルの各ｘ，ｙ，ｚ軸成分にて表し、 上記少なくとも３個のＧＰＳ衛星と各受信機との間の搬
送波位相を計測するとともに、この計測データを所定の
バンドパスフィルタに通すことにより、上記相対ベクト
ルの短周期変動成分に相当する短周期位相成分を抽出
し、 これら抽出された短周期位相成分について、上記各受信
機と各ＧＰＳ衛星との間の受信機間一重差を少なくとも
３個求めるとともに、これら少なくとも３個の受信機間
一重差に基づき上記相対ベクトルの短周期変動成分の各
軸成分を演算により求めて物体の変位を計測することを
特徴とするＧＰＳによる物体の変位計測方法。 - 【請求項２】所定位置に配置される基準受信機および物
体に配置される観測受信機にて、少なくとも３個のＧＰ
Ｓ衛星から発射される電波の搬送波位相を計測して物体
の変位を計測する方法であって、 上記両受信機間における相対ベクトルを、物体の変動に
依存しない長周期変動成分と、物体の変動に依存する短
周期変動成分とに分けるとともに、少なくとも上記短周
期変動成分を、基準受信機から衛星に向かう単位ベクト
ルの各ｘ，ｙ，ｚ軸成分にて表し、 上記少なくとも３個のＧＰＳ衛星と各受信機との間の搬
送波位相を計測するとともに、この計測データを所定の
バンドパスフィルタに通すことにより、上記相対ベクト
ルの短周期変動成分に相当する短周期位相成分を抽出
し、 これら抽出された短周期位相成分について、上記各受信
機と各ＧＰＳ衛星との間の受信機間・衛星間二重差を少
なくとも３個求めるとともに、これら少なくとも３個の
受信機間・衛星間二重差に基づき上記相対ベクトルの短
周期変動成分の各軸成分を演算により求めて物体の変位
を計測することを特徴とするＧＰＳによる物体の変位計
測方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000096060A JP3727219B2 (ja) | 2000-03-31 | 2000-03-31 | Ｇｐｓによる物体の変位計測方法 |
| US09/599,470 US6434509B1 (en) | 2000-03-31 | 2000-06-22 | Method and apparatus for measuring displacement of object using GPS |
| CA002312170A CA2312170C (en) | 2000-03-31 | 2000-06-22 | Method and apparatus for measuring displacement of object using gps |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000096060A JP3727219B2 (ja) | 2000-03-31 | 2000-03-31 | Ｇｐｓによる物体の変位計測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001281323A true JP2001281323A (ja) | 2001-10-10 |
| JP3727219B2 JP3727219B2 (ja) | 2005-12-14 |
Family
ID=18610876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000096060A Expired - Fee Related JP3727219B2 (ja) | 2000-03-31 | 2000-03-31 | Ｇｐｓによる物体の変位計測方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6434509B1 (ja) |
| JP (1) | JP3727219B2 (ja) |
| CA (1) | CA2312170C (ja) |
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| JPWO2006046305A1 (ja) * | 2004-10-29 | 2008-05-22 | 日立造船株式会社 | 衛星を用いた相対計測方法および相対計測システム |
| US7616152B2 (en) | 2004-10-29 | 2009-11-10 | Hitachi Zosen Corporation | Relative position measurement method and relative position measurement system using satellites |
| JP2009281896A (ja) * | 2008-05-23 | 2009-12-03 | Univ Of Tokyo | Ｒｔｋ異常測位データ処理を伴うｇｐｓによる変位計測装置および変位計測方法 |
| JP2012506032A (ja) * | 2008-10-15 | 2012-03-08 | フラウンホーファーゲゼルシャフト ツール フォルデルング デル アンゲヴァンテン フォルシユング エー．フアー． | 揺動構造物の動きを判定するシステム |
| JP2012181117A (ja) * | 2011-03-02 | 2012-09-20 | Univ Of Tokyo | 超音波を用いた波浪計測方法および波浪計測システム |
| JP2013534623A (ja) * | 2010-06-14 | 2013-09-05 | ユニヴァーシタ’デグリ ステュディ ディ ローマ “ラ サピエンツァ” | グローバル・ナビゲーション衛星システム−ｇｎｓｓ及び／又は擬似衛星に基づく構造物の地震動又は振動を測定するシステム |
| CN103675873A (zh) * | 2013-11-26 | 2014-03-26 | 航天恒星科技有限公司 | 一种双模四频整周模糊度在航解算的方法 |
| JP2014145614A (ja) * | 2013-01-28 | 2014-08-14 | Furuno Electric Co Ltd | 回頭角速度検出装置、移動体、回頭角速度検出方法、および、回頭角速度検出プログラム |
| JP2019211445A (ja) * | 2018-06-08 | 2019-12-12 | 清水建設株式会社 | 変位計測方法および変位計測システム |
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| US9366763B2 (en) * | 2009-02-04 | 2016-06-14 | Qualcomm Incorporated | Method and apparatus for position determination with hybrid SPS orbit data |
| EP2281210B1 (en) * | 2008-04-22 | 2013-03-20 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. | Method for a global satellite navigation system |
| WO2015089845A1 (en) * | 2013-12-20 | 2015-06-25 | Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) | Method and apparatus for common observation receiver for transmitter and receiver |
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|---|---|---|---|---|
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-
2000
- 2000-03-31 JP JP2000096060A patent/JP3727219B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2000-06-22 US US09/599,470 patent/US6434509B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-06-22 CA CA002312170A patent/CA2312170C/en not_active Expired - Lifetime
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| JP2012181117A (ja) * | 2011-03-02 | 2012-09-20 | Univ Of Tokyo | 超音波を用いた波浪計測方法および波浪計測システム |
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| CN103675873B (zh) * | 2013-11-26 | 2015-11-04 | 航天恒星科技有限公司 | 一种双模四频整周模糊度在航解算的方法 |
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| JP7162450B2 (ja) | 2018-06-08 | 2022-10-28 | 清水建設株式会社 | 変位計測方法および変位計測システム |
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|---|---|
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| US6434509B1 (en) | 2002-08-13 |
| CA2312170A1 (en) | 2001-09-30 |
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