JP2002090439A - Ｇｐｓ受信装置 - Google Patents
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- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
- G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
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- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
- B64G1/36—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using sensors, e.g. sun-sensors, horizon sensors
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- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＧＰＳ受信機がＧＰＳ信号の時刻情報に高精
度に同期していなくても、ソフトウェアでＧＰＳ信号の
観測時刻の同期を等価的にとり、相対位置および相対速
度を高い精度で推定する。 【解決手段】 第１のＧＰＳ受信機と第２のＧＰＳ受信
機が出力するＧＰＳデータから共通のＧＰＳ衛星識別番
号を所有するＧＰＳデータを抽出して、両移動体間の相
対位置と相対速度を算出するＧＰＳ相対航法装置におい
て、移動体の少なくとも一方が、ＧＰＳ衛星と両移動体
間の疑似距離に観測時刻の共通化を行う観測時刻共通化
処理手段と、観測時刻共通化処理手段で共通化された疑
似距離の差分量を求める差分量計算手段と、差分量にＧ
ＰＳ受信機の時計誤差に起因する観測時刻誤差を補正す
る観測時刻誤差補正処理手段を備えている。
度に同期していなくても、ソフトウェアでＧＰＳ信号の
観測時刻の同期を等価的にとり、相対位置および相対速
度を高い精度で推定する。 【解決手段】 第１のＧＰＳ受信機と第２のＧＰＳ受信
機が出力するＧＰＳデータから共通のＧＰＳ衛星識別番
号を所有するＧＰＳデータを抽出して、両移動体間の相
対位置と相対速度を算出するＧＰＳ相対航法装置におい
て、移動体の少なくとも一方が、ＧＰＳ衛星と両移動体
間の疑似距離に観測時刻の共通化を行う観測時刻共通化
処理手段と、観測時刻共通化処理手段で共通化された疑
似距離の差分量を求める差分量計算手段と、差分量にＧ
ＰＳ受信機の時計誤差に起因する観測時刻誤差を補正す
る観測時刻誤差補正処理手段を備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ＧＰＳ受信装置
にかかわり、特に、宇宙機、飛行機または車両などの移
動体間で、相対位置や相対速度を高精度に測定できる、
ＧＰＳ受信装置に関するものである。
にかかわり、特に、宇宙機、飛行機または車両などの移
動体間で、相対位置や相対速度を高精度に測定できる、
ＧＰＳ受信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】地球を周回する複数の人工衛星（ＧＰＳ
衛星）から発信される測位電波（ＧＰＳ信号）を解読し
て、３次元の位置情報を推定する電波航法システムとし
てＧＰＳ(Global Positioning System)が知られてい
る。現在、複数のＧＰＳ衛星が軌道上を周回し、ＧＰＳ
信号を発信している。ＧＰＳでは、信頼度の高い測位を
行うため、ＧＰＳ受信機と最低４機のＧＰＳ衛星との間
の距離を測定する。ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機の間の距
離は、ＧＰＳ信号がＧＰＳ衛星を出発してからＧＰＳ受
信機に到達するまでの時間から推定され、求められた距
離は疑似距離またはシュードレンジ（pseudo range）と
呼ばれる。
衛星）から発信される測位電波（ＧＰＳ信号）を解読し
て、３次元の位置情報を推定する電波航法システムとし
てＧＰＳ(Global Positioning System)が知られてい
る。現在、複数のＧＰＳ衛星が軌道上を周回し、ＧＰＳ
信号を発信している。ＧＰＳでは、信頼度の高い測位を
行うため、ＧＰＳ受信機と最低４機のＧＰＳ衛星との間
の距離を測定する。ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機の間の距
離は、ＧＰＳ信号がＧＰＳ衛星を出発してからＧＰＳ受
信機に到達するまでの時間から推定され、求められた距
離は疑似距離またはシュードレンジ（pseudo range）と
呼ばれる。
【０００３】ＧＰＳ受信機を搭載した宇宙機、飛行機、
車両等の移動体は、自機の位置や速度などの情報を推定
することができる（ＧＰＳ絶対航法）。これに対し、移
動体間でＧＰＳを活用すると、一方のＧＰＳ受信機（を
搭載する移動体）に対する他方のＧＰＳ受信機（を搭載
する移動体）の相対的な位置および速度を求めることが
できる（ＧＰＳ相対航法）。
車両等の移動体は、自機の位置や速度などの情報を推定
することができる（ＧＰＳ絶対航法）。これに対し、移
動体間でＧＰＳを活用すると、一方のＧＰＳ受信機（を
搭載する移動体）に対する他方のＧＰＳ受信機（を搭載
する移動体）の相対的な位置および速度を求めることが
できる（ＧＰＳ相対航法）。
【０００４】ＧＰＳ相対航法では、双方のＧＰＳ受信機
に共通な誤差を相殺することによって測位精度が改善さ
れる。たとえば、それぞれのＧＰＳ受信機が共通のＧＰ
Ｓ衛星から同時刻に発信されたＧＰＳ信号を測定するこ
とによって、相対位置や相対速度の推定精度が高められ
る。このため、共通のＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信
する技術および等価的に同時刻にＧＰＳ信号を受信する
技術が開発されてきた。
に共通な誤差を相殺することによって測位精度が改善さ
れる。たとえば、それぞれのＧＰＳ受信機が共通のＧＰ
Ｓ衛星から同時刻に発信されたＧＰＳ信号を測定するこ
とによって、相対位置や相対速度の推定精度が高められ
る。このため、共通のＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信
する技術および等価的に同時刻にＧＰＳ信号を受信する
技術が開発されてきた。
【０００５】共通のＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ信号
を受信データの中に必要数含めることは、近年、１台の
ＧＰＳ受信機が追尾できるＧＰＳ衛星の数が、航法に必
要な数（４）に対して十分に大きい数（例えば、１２）
に増加したことから、ＧＰＳアンテナの視野の共通部分
を移動体間で十分に広くとることで容易になった。ま
た、等価的に同時刻にＧＰＳ信号を受信する技術は、外
部から同期信号を入力する方法の他に、ソフトウェアで
等価的に受信時刻を同一化する方法が知られている。
を受信データの中に必要数含めることは、近年、１台の
ＧＰＳ受信機が追尾できるＧＰＳ衛星の数が、航法に必
要な数（４）に対して十分に大きい数（例えば、１２）
に増加したことから、ＧＰＳアンテナの視野の共通部分
を移動体間で十分に広くとることで容易になった。ま
た、等価的に同時刻にＧＰＳ信号を受信する技術は、外
部から同期信号を入力する方法の他に、ソフトウェアで
等価的に受信時刻を同一化する方法が知られている。
【０００６】従来のＧＰＳ受信装置を、特開平１０２７
４３号公報に開示されたＧＰＳ受信装置を用いて説明す
る。図１３に示されたＧＰＳ受信装置のブロック図にお
いて、前車両と後車両は道路上を前後して同方向に相対
航法している２台の移動体である。前車両と後車両は、
相対距離測定装置Ｓ１、Ｓ２、ＧＰＳアンテナ１１、２
１、ＧＰＳ受信部１２、２２、制御装置１３、２３、車
車間通信を行う通信装置１４、２４、地上用アンテナ１
５、２５をそれぞれ備えている。また制御装置１３、２
３は車両位置演算部１３１、２３１とエンジン、変速
機、ブレーキ等（図示せず）の動作を制御する追従走行
制御部１３２、２３２から構成されている。
４３号公報に開示されたＧＰＳ受信装置を用いて説明す
る。図１３に示されたＧＰＳ受信装置のブロック図にお
いて、前車両と後車両は道路上を前後して同方向に相対
航法している２台の移動体である。前車両と後車両は、
相対距離測定装置Ｓ１、Ｓ２、ＧＰＳアンテナ１１、２
１、ＧＰＳ受信部１２、２２、制御装置１３、２３、車
車間通信を行う通信装置１４、２４、地上用アンテナ１
５、２５をそれぞれ備えている。また制御装置１３、２
３は車両位置演算部１３１、２３１とエンジン、変速
機、ブレーキ等（図示せず）の動作を制御する追従走行
制御部１３２、２３２から構成されている。
【０００７】前車両と後車両は、それぞれＧＰＳアンテ
ナ１１、２１でＧＰＳ信号をＧＰＳ受信部１２、２２に
取り込む。ＧＰＳ信号はそれぞれのＧＰＳ衛星から一定
時間（周期：Ｔ）毎に発信されるので、このＧＰＳ信号
の時刻情報を同期信号として利用する。
ナ１１、２１でＧＰＳ信号をＧＰＳ受信部１２、２２に
取り込む。ＧＰＳ信号はそれぞれのＧＰＳ衛星から一定
時間（周期：Ｔ）毎に発信されるので、このＧＰＳ信号
の時刻情報を同期信号として利用する。
【０００８】次に前車両と後車両の間で行われる相対航
法を、図１４に示した通信タイミング図を用いて説明す
る。前車両は時刻ｔ=nに受信したＧＰＳ信号ｆGPS(n)に
基づき自車の現在位置Ｆnを算出する。前車両のＧＰＳ
受信部１２が自車の現在位置と過去の位置から自車速度
及び進行方向を演算すると、制御装置１３内の車両位置
演算部１３１は自車が１周期（Ｔ）後に達すると推定さ
れる自車の推定位置Ｆ*n+1を演算し、時刻ａ nに後車両
へ送信する。
法を、図１４に示した通信タイミング図を用いて説明す
る。前車両は時刻ｔ=nに受信したＧＰＳ信号ｆGPS(n)に
基づき自車の現在位置Ｆnを算出する。前車両のＧＰＳ
受信部１２が自車の現在位置と過去の位置から自車速度
及び進行方向を演算すると、制御装置１３内の車両位置
演算部１３１は自車が１周期（Ｔ）後に達すると推定さ
れる自車の推定位置Ｆ*n+1を演算し、時刻ａ nに後車両
へ送信する。
【０００９】後車両の制御装置２３内の車両位置演算部
２３１は、時刻ｔ=n+1に受信したＧＰＳ信号ｆGPS(n+1)
に基づき自車の現在位置Ｒn+1を算出し、あらかじめ通
信装置１４、２４を介して取り込んだ前車両の推定位置
Ｆ*n+1と対比することにより、時刻ｔ=n+1での両車両間
の相対位置を時刻ｂn+1に算出する。この操作を一周期
ごとに繰り返すことによって、前車両に対する後車両の
相対位置が常時観測できる。
２３１は、時刻ｔ=n+1に受信したＧＰＳ信号ｆGPS(n+1)
に基づき自車の現在位置Ｒn+1を算出し、あらかじめ通
信装置１４、２４を介して取り込んだ前車両の推定位置
Ｆ*n+1と対比することにより、時刻ｔ=n+1での両車両間
の相対位置を時刻ｂn+1に算出する。この操作を一周期
ごとに繰り返すことによって、前車両に対する後車両の
相対位置が常時観測できる。
【００１０】この方法は、外部同期信号を必要としない
点では優れているが、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ信号の時刻
情報に高精度に同期していることが前提になっている。
同期誤差が大きい場合には同時刻性が失われ、測定結果
に重大な誤差が生じる。同期誤差が生じる理由には、Ｇ
ＰＳ受信機に内蔵されている受信機時計が温度の影響を
受けて、わずかではあるが、計測時刻に誤差を生じるこ
となどがあげられる。
点では優れているが、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ信号の時刻
情報に高精度に同期していることが前提になっている。
同期誤差が大きい場合には同時刻性が失われ、測定結果
に重大な誤差が生じる。同期誤差が生じる理由には、Ｇ
ＰＳ受信機に内蔵されている受信機時計が温度の影響を
受けて、わずかではあるが、計測時刻に誤差を生じるこ
となどがあげられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたようにＧＰ
Ｓ相対航法を行う場合には、移動体間でＧＰＳ信号の観
測時刻（または受信時刻）に同期が必要である。外部同
期信号を用いて同期をとると新たなハードウェアを必要
とし、装置が高価になるという問題点がある。またソフ
トウェアで等価的に同期させる場合には、ＧＰＳ受信機
がＧＰＳ信号の時刻情報に高精度（例えば数十μ秒レベ
ル）に同期していることを要求されるという問題点があ
った。この発明は、上記のような問題点を解決するため
になされたもので、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ信号の時刻情
報に高精度に同期していなくても、ソフトウェアでＧＰ
Ｓ信号の観測時刻の同期を等価的にとることができるＧ
ＰＳ受信装置を得ることを目的としている。
Ｓ相対航法を行う場合には、移動体間でＧＰＳ信号の観
測時刻（または受信時刻）に同期が必要である。外部同
期信号を用いて同期をとると新たなハードウェアを必要
とし、装置が高価になるという問題点がある。またソフ
トウェアで等価的に同期させる場合には、ＧＰＳ受信機
がＧＰＳ信号の時刻情報に高精度（例えば数十μ秒レベ
ル）に同期していることを要求されるという問題点があ
った。この発明は、上記のような問題点を解決するため
になされたもので、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ信号の時刻情
報に高精度に同期していなくても、ソフトウェアでＧＰ
Ｓ信号の観測時刻の同期を等価的にとることができるＧ
ＰＳ受信装置を得ることを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明にかかるＧＰＳ
受信装置は、第１の移動体が搭載する第１のＧＰＳ受信
機と第２の移動体が搭載する第２のＧＰＳ受信機を備え
ており、第１のＧＰＳ受信機が出力する第１のＧＰＳデ
ータと第２のＧＰＳ受信機が出力する第２のＧＰＳデー
タから共通のＧＰＳ衛星識別番号を所有するＧＰＳデー
タを抽出し、両移動体間の相対位置と相対速度を算出す
るＧＰＳ受信装置であって、第１の移動体または第２の
移動体の少なくとも一方が、ＧＰＳ衛星と第１の移動体
の間の第１の疑似距離とＧＰＳ衛星と第２の移動体の間
の第２の疑似距離に観測時刻の共通化を行う観測時刻共
通化処理手段と、観測時刻共通化処理手段で共通化され
た第１の疑似距離と第２の疑似距離の差分量を求める差
分量計算手段と、差分量に対し第１のＧＰＳ受信機と第
２のＧＰＳ受信機の時計誤差に起因する観測時刻誤差を
補正する観測時刻誤差補正処理手段をさらに備えてい
る。
受信装置は、第１の移動体が搭載する第１のＧＰＳ受信
機と第２の移動体が搭載する第２のＧＰＳ受信機を備え
ており、第１のＧＰＳ受信機が出力する第１のＧＰＳデ
ータと第２のＧＰＳ受信機が出力する第２のＧＰＳデー
タから共通のＧＰＳ衛星識別番号を所有するＧＰＳデー
タを抽出し、両移動体間の相対位置と相対速度を算出す
るＧＰＳ受信装置であって、第１の移動体または第２の
移動体の少なくとも一方が、ＧＰＳ衛星と第１の移動体
の間の第１の疑似距離とＧＰＳ衛星と第２の移動体の間
の第２の疑似距離に観測時刻の共通化を行う観測時刻共
通化処理手段と、観測時刻共通化処理手段で共通化され
た第１の疑似距離と第２の疑似距離の差分量を求める差
分量計算手段と、差分量に対し第１のＧＰＳ受信機と第
２のＧＰＳ受信機の時計誤差に起因する観測時刻誤差を
補正する観測時刻誤差補正処理手段をさらに備えてい
る。
【００１３】また、観測時刻誤差補正処理部は、第１の
疑似距離の変化率である第１のレンジレートと、第１の
ＧＰＳ受信機の時計誤差である第１のクロックバイアス
と、第２の疑似距離の変化率である第２のレンジレート
と、第２のＧＰＳ受信機の時計誤差である第２のクロッ
クバイアスから補正量を算出してもよい。
疑似距離の変化率である第１のレンジレートと、第１の
ＧＰＳ受信機の時計誤差である第１のクロックバイアス
と、第２の疑似距離の変化率である第２のレンジレート
と、第２のＧＰＳ受信機の時計誤差である第２のクロッ
クバイアスから補正量を算出してもよい。
【００１４】また、第１のＧＰＳ受信機の出力から第１
のクロックバイアスを推定する第１の絶対航法手段と、
第１のＧＰＳ受信機の出力から第１のレンジレートを算
出する第１のレンジレート算出手段と、第２のＧＰＳ受
信機の出力から第２のクロックバイアスを推定する第２
の絶対航法手段と、第２のＧＰＳ受信機の出力から第２
のレンジレートを算出する第２のレンジレート算出手段
を備えていて、観測時刻誤差補正処理部は、第１および
第２の絶対航法手段が推定した第１および第２のクロッ
クバイアスと、第１および第２のレンジレート算出手段
が算出した第１および第２のレンジレートから補正量を
算出してもよい。
のクロックバイアスを推定する第１の絶対航法手段と、
第１のＧＰＳ受信機の出力から第１のレンジレートを算
出する第１のレンジレート算出手段と、第２のＧＰＳ受
信機の出力から第２のクロックバイアスを推定する第２
の絶対航法手段と、第２のＧＰＳ受信機の出力から第２
のレンジレートを算出する第２のレンジレート算出手段
を備えていて、観測時刻誤差補正処理部は、第１および
第２の絶対航法手段が推定した第１および第２のクロッ
クバイアスと、第１および第２のレンジレート算出手段
が算出した第１および第２のレンジレートから補正量を
算出してもよい。
【００１５】また、観測時刻誤差補正処理部は、第１の
クロックバイアスと第２のクロックバイアスの差である
相対クロックバイアスと、第１または第２のレンジレー
トから補正量を算出してもよい。
クロックバイアスと第２のクロックバイアスの差である
相対クロックバイアスと、第１または第２のレンジレー
トから補正量を算出してもよい。
【００１６】また、観測時刻誤差補正処理部の出力を入
力として両移動体間の相対位置と相対速度を算出する相
対航法処理手段を備えていて、相対クロックバイアス
に、相対航法処理手段が出力する相対クロックバイアス
を用いてもよい。
力として両移動体間の相対位置と相対速度を算出する相
対航法処理手段を備えていて、相対クロックバイアス
に、相対航法処理手段が出力する相対クロックバイアス
を用いてもよい。
【００１７】また、観測時刻誤差補正処理部は、差分量
と、第１または第２のレンジレートから補正量を算出し
てもよい。
と、第１または第２のレンジレートから補正量を算出し
てもよい。
【００１８】また、第１の移動体または第２の移動体の
少なくとも一方が、ＧＰＳデータの観測時刻に対しクロ
ックバイアスを補正する観測時刻誤差補正処理手段と、
第２の観測時刻誤差補正処理手段で補正されたＧＰＳデ
ータに観測時刻の共通化を行う観測時刻共通化処理手段
と、第２の観測時刻共通化処理手段で共通化された第１
の疑似距離と第２の疑似距離の差である第２の差分量を
求める差分量計算手段を備えていてもよい。
少なくとも一方が、ＧＰＳデータの観測時刻に対しクロ
ックバイアスを補正する観測時刻誤差補正処理手段と、
第２の観測時刻誤差補正処理手段で補正されたＧＰＳデ
ータに観測時刻の共通化を行う観測時刻共通化処理手段
と、第２の観測時刻共通化処理手段で共通化された第１
の疑似距離と第２の疑似距離の差である第２の差分量を
求める差分量計算手段を備えていてもよい。
【００１９】また、第１の絶対航法処理手段と、第２の
絶対航法処理手段を備えていて、観測時刻誤差補正処理
部は、クロックバイアスに第１の絶対航法処理手段が推
定した第１のクロックバイアスと、第２の絶対航法処理
手段が推定した第２のクロックバイアスを用いてもよ
い。
絶対航法処理手段を備えていて、観測時刻誤差補正処理
部は、クロックバイアスに第１の絶対航法処理手段が推
定した第１のクロックバイアスと、第２の絶対航法処理
手段が推定した第２のクロックバイアスを用いてもよ
い。
【００２０】また、複数の衛星からＧＰＳ信号を受信
し、かつ他のＧＰＳ受信手段と通信可能なＧＰＳ受信手
段と、このＧＰＳ受信手段が上記複数の衛星から入手す
る複数のＧＰＳデータのうち、当該ＧＰＳ受信手段と他
のＧＰＳ受信手段との相対距離の測定に必要なＧＰＳデ
ータを選択する手段と、選択された各ＧＰＳデータにつ
いて、当該ＧＰＳ受信手段での観測時刻と他のＧＰＳ受
信手段での観測時刻を揃える手段と、観測時刻を揃えた
ＧＰＳデータについて、当該ＧＰＳ受信手段のＧＰＳデ
ータと他のＧＰＳ受信手段のＧＰＳデータとの差分量を
算出する手段と、算出された差分量に対し、当該ＧＰＳ
受信手段および他のＧＰＳ受信手段の時計誤差に基づく
誤差を補正する手段と、補正された差分量に基づいて、
ＧＰＳ受信手段と他のＧＰＳ受信手段の相対位置を決定
する手段を備えていてもよい。
し、かつ他のＧＰＳ受信手段と通信可能なＧＰＳ受信手
段と、このＧＰＳ受信手段が上記複数の衛星から入手す
る複数のＧＰＳデータのうち、当該ＧＰＳ受信手段と他
のＧＰＳ受信手段との相対距離の測定に必要なＧＰＳデ
ータを選択する手段と、選択された各ＧＰＳデータにつ
いて、当該ＧＰＳ受信手段での観測時刻と他のＧＰＳ受
信手段での観測時刻を揃える手段と、観測時刻を揃えた
ＧＰＳデータについて、当該ＧＰＳ受信手段のＧＰＳデ
ータと他のＧＰＳ受信手段のＧＰＳデータとの差分量を
算出する手段と、算出された差分量に対し、当該ＧＰＳ
受信手段および他のＧＰＳ受信手段の時計誤差に基づく
誤差を補正する手段と、補正された差分量に基づいて、
ＧＰＳ受信手段と他のＧＰＳ受信手段の相対位置を決定
する手段を備えていてもよい。
【００２１】また、複数の衛星からＧＰＳ信号を受信
し、かつ他のＧＰＳ受信手段と通信可能なＧＰＳ受信手
段と、このＧＰＳ受信手段が複数の衛星から入手する複
数のＧＰＳデータのうち、当該ＧＰＳ受信手段と他のＧ
ＰＳ受信手段との相対距離の測定に必要なＧＰＳデータ
を選択する手段と、当該ＧＰＳ受信手段の時計誤差と他
のＧＰＳ受信手段の時計誤差を用いて、選択された各Ｇ
ＰＳデータの観測時刻を補正する手段と、観測時刻を補
正されたＧＰＳデータについて、当該ＧＰＳ受信手段で
の観測時刻と他のＧＰＳ受信手段での観測時刻を揃える
手段と、観測時刻を揃えたＧＰＳデータについて、当該
ＧＰＳ受信手段のＧＰＳデータと他のＧＰＳ受信手段の
ＧＰＳデータとの差分量を算出する手段と、算出された
差分量に基づいて、当該ＧＰＳ受信手段と他のＧＰＳ受
信手段の相対位置を決定する手段を備えていてもよい。
し、かつ他のＧＰＳ受信手段と通信可能なＧＰＳ受信手
段と、このＧＰＳ受信手段が複数の衛星から入手する複
数のＧＰＳデータのうち、当該ＧＰＳ受信手段と他のＧ
ＰＳ受信手段との相対距離の測定に必要なＧＰＳデータ
を選択する手段と、当該ＧＰＳ受信手段の時計誤差と他
のＧＰＳ受信手段の時計誤差を用いて、選択された各Ｇ
ＰＳデータの観測時刻を補正する手段と、観測時刻を補
正されたＧＰＳデータについて、当該ＧＰＳ受信手段で
の観測時刻と他のＧＰＳ受信手段での観測時刻を揃える
手段と、観測時刻を揃えたＧＰＳデータについて、当該
ＧＰＳ受信手段のＧＰＳデータと他のＧＰＳ受信手段の
ＧＰＳデータとの差分量を算出する手段と、算出された
差分量に基づいて、当該ＧＰＳ受信手段と他のＧＰＳ受
信手段の相対位置を決定する手段を備えていてもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１に示されたブ
ロック図を用いて、本発明の実施の形態１にかかるＧＰ
Ｓ受信装置を説明する。
ロック図を用いて、本発明の実施の形態１にかかるＧＰ
Ｓ受信装置を説明する。
【００２３】図１において、１Ａ、１ＢはＧＰＳ衛星か
ら受信したＧＰＳ信号を解析するＧＰＳ受信機、２Ａ、
２Ｂは移動体Ａと移動体Ｂの間でＧＰＳデータを送受信
する通信部、３は移動体Ａと移動体Ｂが共通して観測し
たＧＰＳデータを抽出するＧＰＳ衛星番号共通化処理
部、４は観測されたＧＰＳデータに時刻の共通化処理を
する観測時刻共通化処理部、５は移動体Ａが観測したＧ
ＰＳデータと移動体Ｂが観測したＧＰＳデータの差分量
を求める差分量計算部、６はＧＰＳ受信機の時計誤差に
起因する観測時刻誤差を補正する観測時刻誤差補正処理
部、７は移動体Ａの移動体Ｂに対する相対位置、相対速
度などを算出する相対航法処理部である。
ら受信したＧＰＳ信号を解析するＧＰＳ受信機、２Ａ、
２Ｂは移動体Ａと移動体Ｂの間でＧＰＳデータを送受信
する通信部、３は移動体Ａと移動体Ｂが共通して観測し
たＧＰＳデータを抽出するＧＰＳ衛星番号共通化処理
部、４は観測されたＧＰＳデータに時刻の共通化処理を
する観測時刻共通化処理部、５は移動体Ａが観測したＧ
ＰＳデータと移動体Ｂが観測したＧＰＳデータの差分量
を求める差分量計算部、６はＧＰＳ受信機の時計誤差に
起因する観測時刻誤差を補正する観測時刻誤差補正処理
部、７は移動体Ａの移動体Ｂに対する相対位置、相対速
度などを算出する相対航法処理部である。
【００２４】移動体ＡはＧＰＳ受信機１Ａと通信部２Ａ
を搭載し、また移動体ＢはＧＰＳ受信機１Ｂと通信部２
Ｂを搭載している。通信部２Ａと通信部２Ｂを備えてい
るため、ＧＰＳ受信機１ＡとＧＰＳ受信機１Ａは通信可
能である。図中に表示されているＧＰＳ衛星＃ｉは、移
動体Ａと移動体Ｂが観測する複数のＧＰＳ衛星のうち、
ＧＰＳ衛星識別番号が共通なものを代表して表示してい
る。なお、図示されていないが、移動体Ａと移動体Ｂは
基準時計である受信機時計Ａと受信機時計Ｂをそれぞれ
搭載している。受信機時計Ａまたは受信機時計Ｂで計測
する時刻と真の時刻（例えば地上基準局に設置されてい
る基準ＧＰＳ時計で計測する時刻）の差をクロックバイ
アスと呼ぶ。
を搭載し、また移動体ＢはＧＰＳ受信機１Ｂと通信部２
Ｂを搭載している。通信部２Ａと通信部２Ｂを備えてい
るため、ＧＰＳ受信機１ＡとＧＰＳ受信機１Ａは通信可
能である。図中に表示されているＧＰＳ衛星＃ｉは、移
動体Ａと移動体Ｂが観測する複数のＧＰＳ衛星のうち、
ＧＰＳ衛星識別番号が共通なものを代表して表示してい
る。なお、図示されていないが、移動体Ａと移動体Ｂは
基準時計である受信機時計Ａと受信機時計Ｂをそれぞれ
搭載している。受信機時計Ａまたは受信機時計Ｂで計測
する時刻と真の時刻（例えば地上基準局に設置されてい
る基準ＧＰＳ時計で計測する時刻）の差をクロックバイ
アスと呼ぶ。
【００２５】次に、動作について説明する。ＧＰＳ受信
機１ＡおよびＧＰＳ受信機１Ｂは、解析したＧＰＳ信号
を出力する。ＧＰＳ信号を解析すると、エフェメリスデ
ータ（ＧＰＳ衛星の軌道情報）、ＧＰＳ衛星識別番号、
シュードレンジ（疑似距離）、レンジレート（シュード
レンジの変化率）、クロックバイアスなどのＧＰＳデー
タが得られる。ＧＰＳデータには観測時刻（または受信
時刻）を識別できるように観測時刻タグが付与されてい
る。ＧＰＳ受信機１Ａが観測したＧＰＳデータ、レンジ
レート等をＧＰＳデータＡ、レンジレートＡというよう
に、またＧＰＳ受信機１Ｂが観測したＧＰＳデータ、レ
ンジレート等をＧＰＳデータＢ、レンジレートＢという
ように表記して、両者を区別する。
機１ＡおよびＧＰＳ受信機１Ｂは、解析したＧＰＳ信号
を出力する。ＧＰＳ信号を解析すると、エフェメリスデ
ータ（ＧＰＳ衛星の軌道情報）、ＧＰＳ衛星識別番号、
シュードレンジ（疑似距離）、レンジレート（シュード
レンジの変化率）、クロックバイアスなどのＧＰＳデー
タが得られる。ＧＰＳデータには観測時刻（または受信
時刻）を識別できるように観測時刻タグが付与されてい
る。ＧＰＳ受信機１Ａが観測したＧＰＳデータ、レンジ
レート等をＧＰＳデータＡ、レンジレートＡというよう
に、またＧＰＳ受信機１Ｂが観測したＧＰＳデータ、レ
ンジレート等をＧＰＳデータＢ、レンジレートＢという
ように表記して、両者を区別する。
【００２６】通信部２Ａは、ＧＰＳデータＢを通信部２
Ｂを介して取得する。ＧＰＳ衛星番号共通化処理部３
は、ＧＰＳ受信機ＡとＧＰＳ受信機Ｂとの相対距離の測
定に必要なＧＰＳデータを選択する手段で、具体的には
ＧＰＳデータＡのＧＰＳ衛星識別番号とＧＰＳデータＢ
のＧＰＳ衛星識別番号を比較し、共通のＧＰＳ衛星識別
番号を所有するＧＰＳデータを抽出する。観測時刻共通
化処理部４は、ＧＰＳデータＡに付与された観測時刻タ
グとＧＰＳデータＢに付与された観測時刻タグを適当な
補間処理あるいは補外処理し、観測時刻を揃えることに
よって、観測時刻の共通化を行う。補間処理あるいは補
外処理する場合、線形補間あるいは最小二乗法のどちら
を用いてもよい。
Ｂを介して取得する。ＧＰＳ衛星番号共通化処理部３
は、ＧＰＳ受信機ＡとＧＰＳ受信機Ｂとの相対距離の測
定に必要なＧＰＳデータを選択する手段で、具体的には
ＧＰＳデータＡのＧＰＳ衛星識別番号とＧＰＳデータＢ
のＧＰＳ衛星識別番号を比較し、共通のＧＰＳ衛星識別
番号を所有するＧＰＳデータを抽出する。観測時刻共通
化処理部４は、ＧＰＳデータＡに付与された観測時刻タ
グとＧＰＳデータＢに付与された観測時刻タグを適当な
補間処理あるいは補外処理し、観測時刻を揃えることに
よって、観測時刻の共通化を行う。補間処理あるいは補
外処理する場合、線形補間あるいは最小二乗法のどちら
を用いてもよい。
【００２７】観測時刻共通化処理部４が行なう観測時刻
の共通化の具体例を、図２、図３、図４を用いて説明す
る。図２(a)、図３(a)、図４(a)は移動体Ａが観測する
疑似距離ρAと受信機時計Ａで計測する観測時刻の関係
を、また図２(b)、図３(b)、図４(b)は移動体Ｂが観す
る疑似距離ρBと受信機時計Ｂで計測する観測時刻の関
係をそれぞれ示している。
の共通化の具体例を、図２、図３、図４を用いて説明す
る。図２(a)、図３(a)、図４(a)は移動体Ａが観測する
疑似距離ρAと受信機時計Ａで計測する観測時刻の関係
を、また図２(b)、図３(b)、図４(b)は移動体Ｂが観す
る疑似距離ρBと受信機時計Ｂで計測する観測時刻の関
係をそれぞれ示している。
【００２８】図２は、移動体Ｂのｎ番目の観測時刻ｔB n
を基準に処理する方法を示している。観測時刻ｔA n-2、
ｔA n-1、ｔA nにおいて観測された疑似距離ρA n-2、ρA
n-1、ρA nは２次補間され、観測時刻ｔB nにおける疑似
距離ρ*A nが推定される。
を基準に処理する方法を示している。観測時刻ｔA n-2、
ｔA n-1、ｔA nにおいて観測された疑似距離ρA n-2、ρA
n-1、ρA nは２次補間され、観測時刻ｔB nにおける疑似
距離ρ*A nが推定される。
【００２９】図３は、航法計算時刻ｔN nを基準に処理す
る方法を示している。航法計算時刻は、ＧＰＳ信号の観
測を予定している整時刻のことである。観測は通常１秒
毎に行われ、受信機時計Ａまたは受信機時計Ｂで計測す
る。観測時刻ｔA n-2、ｔA n-1、ｔA nに観測された疑似距
離ρA n-2、ρA n-1、ρA nを２次補外し、航法計算時刻ｔ
N nにおける疑似距離ρ*A nを推定する。また観測時刻ｔB
n-2、ｔB n-1、ｔB nに観測された疑似距離ρB n-2、ρB
n-1、ρB nを２次補外し、航法計算時刻ｔN nにおける疑
似距離ρ*B nを推定する。
る方法を示している。航法計算時刻は、ＧＰＳ信号の観
測を予定している整時刻のことである。観測は通常１秒
毎に行われ、受信機時計Ａまたは受信機時計Ｂで計測す
る。観測時刻ｔA n-2、ｔA n-1、ｔA nに観測された疑似距
離ρA n-2、ρA n-1、ρA nを２次補外し、航法計算時刻ｔ
N nにおける疑似距離ρ*A nを推定する。また観測時刻ｔB
n-2、ｔB n-1、ｔB nに観測された疑似距離ρB n-2、ρB
n-1、ρB nを２次補外し、航法計算時刻ｔN nにおける疑
似距離ρ*B nを推定する。
【００３０】図４は、航法計算時刻ｔN nを基準にして、
レンジレートから補外処理する方法を示している。観測
時刻ｔA nに観測された疑似距離ρA nとそのレンジレート
^ρA nから航法計算時刻ｔN nにおける疑似距離ρ*A nを推
定する。また、観測時刻ｔB nに観測された疑似距離ρB n
とそのレンジレート^ρB nから航法計算時刻ｔN nにおけ
る疑似距離ρ*B nを推定する。レンジレートＡおよびレ
ンジレートＢには、例えばＧＰＳ衛星番号処理部３が出
力する値を用いる。
レンジレートから補外処理する方法を示している。観測
時刻ｔA nに観測された疑似距離ρA nとそのレンジレート
^ρA nから航法計算時刻ｔN nにおける疑似距離ρ*A nを推
定する。また、観測時刻ｔB nに観測された疑似距離ρB n
とそのレンジレート^ρB nから航法計算時刻ｔN nにおけ
る疑似距離ρ*B nを推定する。レンジレートＡおよびレ
ンジレートＢには、例えばＧＰＳ衛星番号処理部３が出
力する値を用いる。
【００３１】差分量計算部５は、ＧＰＳ衛星番号共通化
処理部３で抽出され、さらに観測時刻共通化処理部４で
共通化処理された、疑似距離ρ*Aと疑似距離ρ*Bの差を
計算する。観測時刻誤差補正処理部６は、真の時刻が一
致していないため、観測時刻共通化処理部４で観測時刻
タグを一致させても、差分に生じる観測時刻誤差を補正
する。観測時刻誤差の定義を、受信機時計Ａで計測する
時刻ｔRに疑似距離ρA iを観測する例をあげて説明す
る。ここで疑似距離ρA iはＧＰＳ衛星＃ｉとＧＰＳ受信
機１Ａの間の疑似距離を指している。
処理部３で抽出され、さらに観測時刻共通化処理部４で
共通化処理された、疑似距離ρ*Aと疑似距離ρ*Bの差を
計算する。観測時刻誤差補正処理部６は、真の時刻が一
致していないため、観測時刻共通化処理部４で観測時刻
タグを一致させても、差分に生じる観測時刻誤差を補正
する。観測時刻誤差の定義を、受信機時計Ａで計測する
時刻ｔRに疑似距離ρA iを観測する例をあげて説明す
る。ここで疑似距離ρA iはＧＰＳ衛星＃ｉとＧＰＳ受信
機１Ａの間の疑似距離を指している。
【００３２】受信機時計Ａのクロックバイアスをｂ
A（真値に対して進んでいる場合を正）とすると、真の
時刻ではｔRｂAに疑似距離を観測したことになる。ＧＰ
Ｓ受信機１Ａは受信機時計Ａを基準ＧＰＳ時計に合わせ
るように駆動するため、クロックバイアスＡ（＝ｂA）
は通常小さい。したがって、式(1)が成立する。 ρAi[ｔR]＝ρAi[ｔRｂA]＋（dρAi／dｔR）bA＋（ｂAの２次以上の項）‥‥( 1)
A（真値に対して進んでいる場合を正）とすると、真の
時刻ではｔRｂAに疑似距離を観測したことになる。ＧＰ
Ｓ受信機１Ａは受信機時計Ａを基準ＧＰＳ時計に合わせ
るように駆動するため、クロックバイアスＡ（＝ｂA）
は通常小さい。したがって、式(1)が成立する。 ρAi[ｔR]＝ρAi[ｔRｂA]＋（dρAi／dｔR）bA＋（ｂAの２次以上の項）‥‥( 1)
【００３３】式(1)において、[ｔR]と[ｔRｂA]は、それ
ぞれ真の時刻ｔRと真の時刻ｔRｂAにおける観測値であ
ることを示す。またdρAi／dｔRは疑似距離ρAiを時刻
ｔRで微分した値、すなわち疑似距離の変化率であるレ
ンジレートＡ（＝^ρA）を表す。式(1)は、真の時刻ｔR
における疑似距離ρAiが、受信機時計Ａで計測する時刻
ｔRにおける疑似距離の観測値に、そのレンジレートと
クロックバイアスの積を加えたものにほぼ等しいことを
表している。
ぞれ真の時刻ｔRと真の時刻ｔRｂAにおける観測値であ
ることを示す。またdρAi／dｔRは疑似距離ρAiを時刻
ｔRで微分した値、すなわち疑似距離の変化率であるレ
ンジレートＡ（＝^ρA）を表す。式(1)は、真の時刻ｔR
における疑似距離ρAiが、受信機時計Ａで計測する時刻
ｔRにおける疑似距離の観測値に、そのレンジレートと
クロックバイアスの積を加えたものにほぼ等しいことを
表している。
【００３４】同様に、ＧＰＳ受信機１Ｂは受信機時計Ｂ
で計測する時刻ｔRに、ＧＰＳ衛星＃ｉからの疑似距離
ρBを観測するものとする。受信機時計Ｂのクロックバ
イアスをｂB（真値に対して進んでいる時を正）とする
と、真の時刻ではｔRｂBに疑似距離を観測したことにな
り、式(2)が成立する。 ρBi[ｔR]＝ρBi[ｔRｂB]＋（dρBi／dｔR）bB＋（ｂBの２次以上の項）‥‥( 2) 式(2)は、真の時刻ｔRにおける疑似距離ρBiが、受信機
時計Ｂで計測する時刻ｔRにおける疑似距離の観測値
に、そのレンジレートＢとクロックバイアスＢの積を加
えたものとほぼ等しいことを表している。
で計測する時刻ｔRに、ＧＰＳ衛星＃ｉからの疑似距離
ρBを観測するものとする。受信機時計Ｂのクロックバ
イアスをｂB（真値に対して進んでいる時を正）とする
と、真の時刻ではｔRｂBに疑似距離を観測したことにな
り、式(2)が成立する。 ρBi[ｔR]＝ρBi[ｔRｂB]＋（dρBi／dｔR）bB＋（ｂBの２次以上の項）‥‥( 2) 式(2)は、真の時刻ｔRにおける疑似距離ρBiが、受信機
時計Ｂで計測する時刻ｔRにおける疑似距離の観測値
に、そのレンジレートＢとクロックバイアスＢの積を加
えたものとほぼ等しいことを表している。
【００３５】式(1)と式(2)から、真の時刻ｔRにおける
疑似距離の差分量△ρi[ｔR]は次式(3)で与えられるこ
とがわかる。 △ρi[ｔR]＝ρAi[ｔR]ρB i[ｔR] ≒｛ρAi[ｔRｂA]ρB i[ｔRｂB]｝＋｛（dρAi／dｔR）bA（dρB i／d ｔR）bB｝‥‥(3) ここで、式(3)の左辺を補正後の差分量、右辺の前半の
｛ ｝を観測値の差分量、後半の｛ ｝を観測時刻誤差
と定義すると次式(4)が成立する。 （補正後の差分量）＝（観測値の差分量）＋（観測時刻誤差）‥‥(4)
疑似距離の差分量△ρi[ｔR]は次式(3)で与えられるこ
とがわかる。 △ρi[ｔR]＝ρAi[ｔR]ρB i[ｔR] ≒｛ρAi[ｔRｂA]ρB i[ｔRｂB]｝＋｛（dρAi／dｔR）bA（dρB i／d ｔR）bB｝‥‥(3) ここで、式(3)の左辺を補正後の差分量、右辺の前半の
｛ ｝を観測値の差分量、後半の｛ ｝を観測時刻誤差
と定義すると次式(4)が成立する。 （補正後の差分量）＝（観測値の差分量）＋（観測時刻誤差）‥‥(4)
【００３６】観測時刻誤差を求める際、レンジレート
Ａ、Ｂに観測時刻共通化処理部４で共通化処理されたレ
ンジレートを使用するのが精度の面からは好ましいが、
精度を優先する必要がなければＧＰＳ衛星番号共通化処
理部３が出力するレンジレートを使用することもでき
る。相対航法処理部７は、移動体Ｂに対する移動体Ａの
相対運動方程式を積分して疑似距離などの観測量を予測
する。このとき、補正後の差分量（△ρi[ｔR]）に応じ
て移動体Ｂに対する移動体Ａの相対位置や相対速度の予
測値を修正する。相対航法処理部７の働きは、例えば、
「航空宇宙における誘導と制御（西村他、社団法人計測
自動制御学会、1995、pp.273275）」に述べられてい
る。
Ａ、Ｂに観測時刻共通化処理部４で共通化処理されたレ
ンジレートを使用するのが精度の面からは好ましいが、
精度を優先する必要がなければＧＰＳ衛星番号共通化処
理部３が出力するレンジレートを使用することもでき
る。相対航法処理部７は、移動体Ｂに対する移動体Ａの
相対運動方程式を積分して疑似距離などの観測量を予測
する。このとき、補正後の差分量（△ρi[ｔR]）に応じ
て移動体Ｂに対する移動体Ａの相対位置や相対速度の予
測値を修正する。相対航法処理部７の働きは、例えば、
「航空宇宙における誘導と制御（西村他、社団法人計測
自動制御学会、1995、pp.273275）」に述べられてい
る。
【００３７】実施の形態１にかかるＧＰＳ受信装置によ
れば、観測時刻誤差補正処理部６で観測時刻誤差を補正
するように構成しているので、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ信
号の時刻情報に高精度に同期していなくても、ＧＰＳ信
号の観測時刻の同期を等価的にとることができる。その
結果、相対位置と相対速度を精度よく推定できる。補正
の効果は、受信機時計の誤差が大きい場合や、移動体が
宇宙機のようにレンジレートが大きい場合に顕著であ
る。例えば秒速７ｋｍで移動する宇宙ステーションで、
１ミリ秒のクロッバイアスがあるとすると、７メートル
に相当する観測時刻誤差を補正できる。通常、ＧＰＳ絶
対航法では１５０〜２００メートルの測位誤差が生じる
のに対し、ＧＰＳ相対航法では共通する誤差が相殺され
ているため、その誤差は２０メートル程度に抑えられて
いる。ＧＰＳ相対航法の測位誤差はＧＰＳ絶対航法に比
べると比較的小さいので、観測時刻誤差の補正が有効に
現れる。
れば、観測時刻誤差補正処理部６で観測時刻誤差を補正
するように構成しているので、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ信
号の時刻情報に高精度に同期していなくても、ＧＰＳ信
号の観測時刻の同期を等価的にとることができる。その
結果、相対位置と相対速度を精度よく推定できる。補正
の効果は、受信機時計の誤差が大きい場合や、移動体が
宇宙機のようにレンジレートが大きい場合に顕著であ
る。例えば秒速７ｋｍで移動する宇宙ステーションで、
１ミリ秒のクロッバイアスがあるとすると、７メートル
に相当する観測時刻誤差を補正できる。通常、ＧＰＳ絶
対航法では１５０〜２００メートルの測位誤差が生じる
のに対し、ＧＰＳ相対航法では共通する誤差が相殺され
ているため、その誤差は２０メートル程度に抑えられて
いる。ＧＰＳ相対航法の測位誤差はＧＰＳ絶対航法に比
べると比較的小さいので、観測時刻誤差の補正が有効に
現れる。
【００３８】相対航法処理部７で相対位置の予測値を修
正するフローの例を、図５を用いて説明する。図５には
差分量計算部５、観測時刻誤差補正処理部６、相対航法
処理部７が示されている。図５において、Δρ(観測値)
は観測値の差分量、Δρ(補正値)は観測時刻誤差、Δρ
(推定値)は予測値の推定値をそれぞれ表す。差分量に関
する予測誤差を△ρ(予測誤差)とすると、式(5)が成立
する。相対航法処理部７では△ρ(予測誤差)がゼロに近
づくように修正計算が実行される。 △ρ(予測誤差)＝Δρ(観測値)＋Δρ(補正値)−Δρ(推定値)‥‥(5)
正するフローの例を、図５を用いて説明する。図５には
差分量計算部５、観測時刻誤差補正処理部６、相対航法
処理部７が示されている。図５において、Δρ(観測値)
は観測値の差分量、Δρ(補正値)は観測時刻誤差、Δρ
(推定値)は予測値の推定値をそれぞれ表す。差分量に関
する予測誤差を△ρ(予測誤差)とすると、式(5)が成立
する。相対航法処理部７では△ρ(予測誤差)がゼロに近
づくように修正計算が実行される。 △ρ(予測誤差)＝Δρ(観測値)＋Δρ(補正値)−Δρ(推定値)‥‥(5)
【００３９】図５には差分量計算部５の出力である観測
値の差分量Δρ(観測値)に、観測時刻誤差Δρ(補正値)
を加える方法を示しているが、相対航法処理部７の中
で、差分量の予測値を計算するときに観測時刻誤差Δρ
(補正値)を減じてもよい。これは式(5)を次式(5)'のよ
うに変形できるからである。この場合の処理フローを図
６に示す。観測時刻誤差補正処理部６は相対航法処理部
７に内包されている。 △ρ(予測誤差)＝Δρ(観測値)−｛Δρ(推定値)−Δρ(補正値)｝‥‥(5)'
値の差分量Δρ(観測値)に、観測時刻誤差Δρ(補正値)
を加える方法を示しているが、相対航法処理部７の中
で、差分量の予測値を計算するときに観測時刻誤差Δρ
(補正値)を減じてもよい。これは式(5)を次式(5)'のよ
うに変形できるからである。この場合の処理フローを図
６に示す。観測時刻誤差補正処理部６は相対航法処理部
７に内包されている。 △ρ(予測誤差)＝Δρ(観測値)−｛Δρ(推定値)−Δρ(補正値)｝‥‥(5)'
【００４０】以上では、移動体Ａが移動体ＢからＧＰＳ
データＢを取得し、移動体Ｂに対する相対的な位置と速
度を算出する場合について説明した。これは宇宙ステー
ションのように、静止あるいは慣性運動していると見な
せる基準局（移動体Ｂ）の周りで作業する移動局（移動
体Ａ）の例を想定しているからである。移動体Ｂが移動
体Ａと同じ構成要素を備えていれば、移動体Ａの観測デ
ータを通信部２Ａ、２Ｂを介して移動体Ｂが取得し、移
動体Ｂで相対位置と速度を算出できることはいうまでも
ない。
データＢを取得し、移動体Ｂに対する相対的な位置と速
度を算出する場合について説明した。これは宇宙ステー
ションのように、静止あるいは慣性運動していると見な
せる基準局（移動体Ｂ）の周りで作業する移動局（移動
体Ａ）の例を想定しているからである。移動体Ｂが移動
体Ａと同じ構成要素を備えていれば、移動体Ａの観測デ
ータを通信部２Ａ、２Ｂを介して移動体Ｂが取得し、移
動体Ｂで相対位置と速度を算出できることはいうまでも
ない。
【００４１】また、移動体ＡがＧＰＳ衛星番号共通化処
理部３、観測時刻共通化処理部４、差分量計算部５、観
測時刻誤差補正処理部６および相対航法処理部７を備え
ている場合を説明したが、移動体Ｂがその一部、例えば
ＧＰＳ衛星番号共通化処理部３を備えていてもよい。こ
の場合、移動体Ｂが先ずＧＰＳデータＡを入手する。移
動体Ｂで抽出された共通のＧＰＳデータは、移動体Ａに
受け渡され、観測時刻誤差を補正される。こうすること
によって計算機の処理負荷を分散できる。移動体Ｂの計
算機の処理能力が移動体Ａの計算機の処理能力よりも高
い場合には、有効である。
理部３、観測時刻共通化処理部４、差分量計算部５、観
測時刻誤差補正処理部６および相対航法処理部７を備え
ている場合を説明したが、移動体Ｂがその一部、例えば
ＧＰＳ衛星番号共通化処理部３を備えていてもよい。こ
の場合、移動体Ｂが先ずＧＰＳデータＡを入手する。移
動体Ｂで抽出された共通のＧＰＳデータは、移動体Ａに
受け渡され、観測時刻誤差を補正される。こうすること
によって計算機の処理負荷を分散できる。移動体Ｂの計
算機の処理能力が移動体Ａの計算機の処理能力よりも高
い場合には、有効である。
【００４２】また、移動体Ｂが相対航法できる移動体の
数は１個に限定されるわけではなく、計算機の処理能力
が許す範囲で、移動体Ａと同じ構成の複数の移動体の間
でＧＰＳ相対航法を行うことができる。
数は１個に限定されるわけではなく、計算機の処理能力
が許す範囲で、移動体Ａと同じ構成の複数の移動体の間
でＧＰＳ相対航法を行うことができる。
【００４３】実施の形態２．実施の形態１では汎用のＧ
ＰＳ受信機１Ａ、１Ｂが出力するＧＰＳデータを用いて
観測時刻誤差を求める方法を示した。汎用のＧＰＳ受信
機から得られるレンジレートやクロックバイアスが精度
の面で不十分な場合、あるいは逆に精度は落としてもデ
ータを早く入手して処理速度を上げたい場合もある。こ
れらの場合も以下に説明するように絶対航法処理部を設
けることによって対応できる。図７は、本発明の実施の
形態２にかかるＧＰＳ受信装置の構成を示すブロック図
で、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれ
に相当するものを示し、その説明を省略する。
ＰＳ受信機１Ａ、１Ｂが出力するＧＰＳデータを用いて
観測時刻誤差を求める方法を示した。汎用のＧＰＳ受信
機から得られるレンジレートやクロックバイアスが精度
の面で不十分な場合、あるいは逆に精度は落としてもデ
ータを早く入手して処理速度を上げたい場合もある。こ
れらの場合も以下に説明するように絶対航法処理部を設
けることによって対応できる。図７は、本発明の実施の
形態２にかかるＧＰＳ受信装置の構成を示すブロック図
で、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれ
に相当するものを示し、その説明を省略する。
【００４４】図７において、８Ａ、８Ｂは移動体Ａに搭
載された絶対航法処理部、９Ａ、９Ｂは移動体Ａに搭載
され、観測モデルに基づいてレンジレートを算出するレ
ンジレート算出部である。絶対航法処理部８Ａは、ＧＰ
Ｓ受信機１Ａの出力データを処理して、移動体Ａの絶対
位置、絶対速度、クロックバイアスおよびクロックドリ
フト（クロックバイアスの時間変化率）を推定する。
載された絶対航法処理部、９Ａ、９Ｂは移動体Ａに搭載
され、観測モデルに基づいてレンジレートを算出するレ
ンジレート算出部である。絶対航法処理部８Ａは、ＧＰ
Ｓ受信機１Ａの出力データを処理して、移動体Ａの絶対
位置、絶対速度、クロックバイアスおよびクロックドリ
フト（クロックバイアスの時間変化率）を推定する。
【００４５】レンジレート算出部９Ａは、絶対航法処理
部８Ａの出力とＧＰＳ衛星のエフェメリスから、次式
(6)で示される観測モデルに基づいて移動体Ａのレンジ
レートを算出する。式(6)で上付き添字Tはベクトルの転
置を、またｔSはＧＰＳ信号の送信時刻を表す。ＧＰＳ
衛星のクロックバイアス及びクロックドリフトはエフェ
メリスから算出する。 （dρAi／dｔR）＝(ｕAi)T（ｐG[ｔS]ｐA[ｔR]）＋ｃ（^bA[ｔR]^bG[ｔS]）‥ ‥(6) ここで、 ｕAi＝｛ｐG[ｔS]ｐA[ｔR]｝／|ｐGｐA|‥‥(7)
部８Ａの出力とＧＰＳ衛星のエフェメリスから、次式
(6)で示される観測モデルに基づいて移動体Ａのレンジ
レートを算出する。式(6)で上付き添字Tはベクトルの転
置を、またｔSはＧＰＳ信号の送信時刻を表す。ＧＰＳ
衛星のクロックバイアス及びクロックドリフトはエフェ
メリスから算出する。 （dρAi／dｔR）＝(ｕAi)T（ｐG[ｔS]ｐA[ｔR]）＋ｃ（^bA[ｔR]^bG[ｔS]）‥ ‥(6) ここで、 ｕAi＝｛ｐG[ｔS]ｐA[ｔR]｝／|ｐGｐA|‥‥(7)
【００４６】式(6)において、ｐGおよびｐAはそれぞれ
ＧＰＳ衛星＃ｉの絶対速度および移動体Ａの絶対速度
を、また^bAおよび^bGはそれぞれ受信機時計Ａのクロッ
クドリフトおよびＧＰＳ衛星＃ｉのクロックドリフトを
表す。またｕA iは移動体ＡからみたＧＰＳ衛星＃ｉの視
線方向ベクトルを、ｐGはＧＰＳ衛星＃ｉの絶対位置を
表す。
ＧＰＳ衛星＃ｉの絶対速度および移動体Ａの絶対速度
を、また^bAおよび^bGはそれぞれ受信機時計Ａのクロッ
クドリフトおよびＧＰＳ衛星＃ｉのクロックドリフトを
表す。またｕA iは移動体ＡからみたＧＰＳ衛星＃ｉの視
線方向ベクトルを、ｐGはＧＰＳ衛星＃ｉの絶対位置を
表す。
【００４７】同様に、絶対航法処理部８Ｂは、通信部２
Ａ、２Ｂを介して入手したＧＰＳデータＢを処理して、
移動体Ｂの絶対位置、絶対速度、クロックバイアスおよ
びクロックドリフトを推定する。レンジレート算出部９
Ｂは、絶対航法処理部８Ｂの出力とＧＰＳ衛星のエフェ
メリスから、式(6)'に基づいて移動体Ｂのレンジレート
を算出する。式(6)'において、ｐBは移動体Ｂの絶対速
度を表し、^bBは受信機時計Ｂのクロックドリフトを表
す。またｕBiは移動体ＢからみたＧＰＳ衛星＃ｉの視線
方向ベクトルを表す。 （dρBi／dｔR）＝(ｕBi)T（ｐG[ｔS]ｐB[ｔR]）＋ｃ（^bB[ｔR]^bG[ｔS]）‥ ‥(6)' ここで、 ｕBi＝｛ｐG[ｔS]ｐB[ｔR]｝／|ｐGｐB|‥‥(7)'
Ａ、２Ｂを介して入手したＧＰＳデータＢを処理して、
移動体Ｂの絶対位置、絶対速度、クロックバイアスおよ
びクロックドリフトを推定する。レンジレート算出部９
Ｂは、絶対航法処理部８Ｂの出力とＧＰＳ衛星のエフェ
メリスから、式(6)'に基づいて移動体Ｂのレンジレート
を算出する。式(6)'において、ｐBは移動体Ｂの絶対速
度を表し、^bBは受信機時計Ｂのクロックドリフトを表
す。またｕBiは移動体ＢからみたＧＰＳ衛星＃ｉの視線
方向ベクトルを表す。 （dρBi／dｔR）＝(ｕBi)T（ｐG[ｔS]ｐB[ｔR]）＋ｃ（^bB[ｔR]^bG[ｔS]）‥ ‥(6)' ここで、 ｕBi＝｛ｐG[ｔS]ｐB[ｔR]｝／|ｐGｐB|‥‥(7)'
【００４８】補正後の差分量は、レンジレート算出部９
Ａ、９Ｂの出力であるレンジレートＡ、Ｂと、絶対航法
処理部８Ａ、８Ｂの出力であるクロックバイアスＡ、Ｂ
を用いて、式(3)により算出する。実施の形態２では、
観測モデルに基づく補正計算を行うため、計算機負荷は
増大するが、絶対航法処理部８Ａ、８Ｂおよびレンジレ
ート算出部９Ａ、９Ｂをカスタマイズできるので、汎用
のＧＰＳ受信機を使う場合と異なり、レンジレートとク
ロックバイアスの精度や計算応答速度を必要なレベルに
調整できる。また汎用のＧＰＳ受信機の中には解析した
ＧＰＳデータの一部しか出力しないものがある。レンジ
レートあるいはクロックバイアスを出力しないＧＰＳ受
信機を使う場合でも、実施の形態２によれば本発明は適
用可能である。
Ａ、９Ｂの出力であるレンジレートＡ、Ｂと、絶対航法
処理部８Ａ、８Ｂの出力であるクロックバイアスＡ、Ｂ
を用いて、式(3)により算出する。実施の形態２では、
観測モデルに基づく補正計算を行うため、計算機負荷は
増大するが、絶対航法処理部８Ａ、８Ｂおよびレンジレ
ート算出部９Ａ、９Ｂをカスタマイズできるので、汎用
のＧＰＳ受信機を使う場合と異なり、レンジレートとク
ロックバイアスの精度や計算応答速度を必要なレベルに
調整できる。また汎用のＧＰＳ受信機の中には解析した
ＧＰＳデータの一部しか出力しないものがある。レンジ
レートあるいはクロックバイアスを出力しないＧＰＳ受
信機を使う場合でも、実施の形態２によれば本発明は適
用可能である。
【００４９】実施の形態３．この発明の実施の形態３に
かかるＧＰＳ受信装置の構成を図８に示す。実施の形態
３では式(3)の近似式に基づいて観測時刻誤差を計算す
る。図８に示されたブロック図において、図１と同一の
符号を付したものは、同一またはこれに相当するものを
示し、その説明を省略する。
かかるＧＰＳ受信装置の構成を図８に示す。実施の形態
３では式(3)の近似式に基づいて観測時刻誤差を計算す
る。図８に示されたブロック図において、図１と同一の
符号を付したものは、同一またはこれに相当するものを
示し、その説明を省略する。
【００５０】実施の形態３にかかる観測時刻誤差補正処
理部６は、式(8)に基づいて補正後の差分量を計算し、
相対航法処理部７に出力する。式(8)によれば観測時刻
誤差は、観測時刻共通化処理部４の出力の一部であるレ
ンジレート^ρAと、差分量計算部５の出力の一部である
相対クロックバイアスの積で算出される。相対クロック
バイアスは、受信機時計Ａ、Ｂ間の時刻差のことで、ク
ロックバイアスｂA、ｂBの差に等しい。 （補正後の差分量）＝（観測値の差分量）＋（レンジレート）×（相対クロック バイアス）‥‥(8)
理部６は、式(8)に基づいて補正後の差分量を計算し、
相対航法処理部７に出力する。式(8)によれば観測時刻
誤差は、観測時刻共通化処理部４の出力の一部であるレ
ンジレート^ρAと、差分量計算部５の出力の一部である
相対クロックバイアスの積で算出される。相対クロック
バイアスは、受信機時計Ａ、Ｂ間の時刻差のことで、ク
ロックバイアスｂA、ｂBの差に等しい。 （補正後の差分量）＝（観測値の差分量）＋（レンジレート）×（相対クロック バイアス）‥‥(8)
【００５１】この操作は、レンジレート^ρAとレンジレ
ート^ρBを等しいと見なして、式(3)を式(9)または式
(9)'のように近似できることに基づいている。 △ρi[ｔR] ≒△ρi[Ａ−Ｂ]＋（dρAi／dｔR）（ｂAｂB）‥‥(9) ≒△ρi[Ａ−Ｂ]＋（dρBi／dｔR）（ｂAｂB）‥‥(9)' ここで△ρi[Ａ−Ｂ]は、式(10)が示すように観測値の
差分量をあらわす。 △ρi[Ａ−Ｂ]＝ρAi[ｔRｂA]ρBi[ｔRｂB]‥‥(10)
ート^ρBを等しいと見なして、式(3)を式(9)または式
(9)'のように近似できることに基づいている。 △ρi[ｔR] ≒△ρi[Ａ−Ｂ]＋（dρAi／dｔR）（ｂAｂB）‥‥(9) ≒△ρi[Ａ−Ｂ]＋（dρBi／dｔR）（ｂAｂB）‥‥(9)' ここで△ρi[Ａ−Ｂ]は、式(10)が示すように観測値の
差分量をあらわす。 △ρi[Ａ−Ｂ]＝ρAi[ｔRｂA]ρBi[ｔRｂB]‥‥(10)
【００５２】相対クロックバイアスには差分量計算部５
が出力する相対クロックバイアスのほかに、図９が示す
ように、相対航法処理部７が出力する相対クロックバイ
アスを使うこともできる。後者は相対航法処理部７で信
号処理されているためランダムノイズが少ない利点はあ
るが、相対航法処理部７は、観測時刻誤差補正処理部６
よりも下流にあるので初期値を規定する必要がある。レ
ンジレートにＧＰＳ衛星番号共通化処理部３が出力する
レンジレートを用いることは可能であるが、観測時刻共
通化処理部４が出力するレンジレートを使用しているの
は観測時刻共通化処理を施されているので精度が高いか
らである。
が出力する相対クロックバイアスのほかに、図９が示す
ように、相対航法処理部７が出力する相対クロックバイ
アスを使うこともできる。後者は相対航法処理部７で信
号処理されているためランダムノイズが少ない利点はあ
るが、相対航法処理部７は、観測時刻誤差補正処理部６
よりも下流にあるので初期値を規定する必要がある。レ
ンジレートにＧＰＳ衛星番号共通化処理部３が出力する
レンジレートを用いることは可能であるが、観測時刻共
通化処理部４が出力するレンジレートを使用しているの
は観測時刻共通化処理を施されているので精度が高いか
らである。
【００５３】実施の形態３は、実施の形態１と２に比べ
ると観測時刻誤差を求めるのに必要なレンジレートの数
が減少しているので、少ない計算機負荷で補正量を算出
できる効果がある。なお以上の説明では、レンジレート
Ａを用いて補正量を算出する場合について説明したが、
レンジレートＢを用いて補正量を算出してもよいことは
いうまでもない。
ると観測時刻誤差を求めるのに必要なレンジレートの数
が減少しているので、少ない計算機負荷で補正量を算出
できる効果がある。なお以上の説明では、レンジレート
Ａを用いて補正量を算出する場合について説明したが、
レンジレートＢを用いて補正量を算出してもよいことは
いうまでもない。
【００５４】実施の形態４．図１０は、この発明の実施
の形態４にかかるＧＰＳ受信装置の構成を示すブロック
図である。図１０において、図１と同一の符号を付した
ものは、同一またはこれに相当するものを示し、その説
明を省略する。実施の形態４にかかる観測時刻誤差補正
処理部６は、観測時刻誤差を、観測時刻共通化処理部４
の出力の一部である^ρAまたは^ρBと、差分量計算部５
の出力の一部である疑似距離の観測値の差分量を光速ｃ
で除した値の積で算出する。すなわち式(11)が成立す
る。 （補正後の差分量）＝（観測値の差分量）＋（レンジレート）×（観測値の差分 量）／ｃ‥‥(11)
の形態４にかかるＧＰＳ受信装置の構成を示すブロック
図である。図１０において、図１と同一の符号を付した
ものは、同一またはこれに相当するものを示し、その説
明を省略する。実施の形態４にかかる観測時刻誤差補正
処理部６は、観測時刻誤差を、観測時刻共通化処理部４
の出力の一部である^ρAまたは^ρBと、差分量計算部５
の出力の一部である疑似距離の観測値の差分量を光速ｃ
で除した値の積で算出する。すなわち式(11)が成立す
る。 （補正後の差分量）＝（観測値の差分量）＋（レンジレート）×（観測値の差分 量）／ｃ‥‥(11)
【００５５】この操作は、相対クロックバイアスは疑似
距離の観測値の差分量を光速で割ったものに等しいと見
なして、式(9)または(9)’を式(12)または(12)’のよう
に近似できることに基づいている。 △ρi[ｔR] ≒△ρi[Ａ−Ｂ]＋（dρAi／dｔR）×△ρi[Ａ−Ｂ]／ｃ‥‥(12) ≒△ρi[Ａ−Ｂ]＋（dρBi／dｔR）×△ρi[Ａ−Ｂ]／ｃ‥‥(12)’
距離の観測値の差分量を光速で割ったものに等しいと見
なして、式(9)または(9)’を式(12)または(12)’のよう
に近似できることに基づいている。 △ρi[ｔR] ≒△ρi[Ａ−Ｂ]＋（dρAi／dｔR）×△ρi[Ａ−Ｂ]／ｃ‥‥(12) ≒△ρi[Ａ−Ｂ]＋（dρBi／dｔR）×△ρi[Ａ−Ｂ]／ｃ‥‥(12)’
【００５６】以上のように、レンジレートに観測時刻共
通化処理部４の出力をそのまま用い、さらに相対クロッ
クバイアスの推定値として差分量計算部５の出力（観測
値の差分量）を光速で除した値を用いるように構成した
ので、さらに少ない計算機負荷で補正後の差分量を算出
できる。またこの装置では、装置が立ち上がり状態で相
対クロックバイアスなどの相対航法値を利用できないと
きも補正量を算出できる効果がある。
通化処理部４の出力をそのまま用い、さらに相対クロッ
クバイアスの推定値として差分量計算部５の出力（観測
値の差分量）を光速で除した値を用いるように構成した
ので、さらに少ない計算機負荷で補正後の差分量を算出
できる。またこの装置では、装置が立ち上がり状態で相
対クロックバイアスなどの相対航法値を利用できないと
きも補正量を算出できる効果がある。
【００５７】実施の形態５．実施の形態１から４では式
(3)をベースにして、観測値の差分量を補正する方法を
示した。実施の形態５と６では式(13)および(13)'に従
って観測時刻そのものを補正するので実施の形態１から
４とはＧＰＳ受信機の時計誤差を補正する方法が異な
る。図１１は、この発明の実施の形態５にかかるＧＰＳ
受信装置の構成を示すブロック図である。観測時刻誤差
補正処理部６が観測時刻共通化処理部４よりも上流にあ
る点に特徴がある。同図において、図１と同一の符号を
付したものは、同一またはこれに相当するものを示し、
その説明を省略する。
(3)をベースにして、観測値の差分量を補正する方法を
示した。実施の形態５と６では式(13)および(13)'に従
って観測時刻そのものを補正するので実施の形態１から
４とはＧＰＳ受信機の時計誤差を補正する方法が異な
る。図１１は、この発明の実施の形態５にかかるＧＰＳ
受信装置の構成を示すブロック図である。観測時刻誤差
補正処理部６が観測時刻共通化処理部４よりも上流にあ
る点に特徴がある。同図において、図１と同一の符号を
付したものは、同一またはこれに相当するものを示し、
その説明を省略する。
【００５８】ＧＰＳ受信機１Ａは、移動体Ａに搭載され
たＧＰＳアンテナ（図示せず）で受信したＧＰＳ信号を
解析し、ＧＰＳデータＡを出力する。通信部２Ａは、移
動体Ｂに搭載されたＧＰＳ受信機１Ｂが出力するＧＰＳ
データＢを通信部２Ｂを介して取得する。ＧＰＳ衛星番
号共通化処理部３は、ＧＰＳデータＡのＧＰＳ衛星識別
番号とＧＰＳデータＢのＧＰＳ衛星識別番号を比較し、
共通の識別番号を抽出する。
たＧＰＳアンテナ（図示せず）で受信したＧＰＳ信号を
解析し、ＧＰＳデータＡを出力する。通信部２Ａは、移
動体Ｂに搭載されたＧＰＳ受信機１Ｂが出力するＧＰＳ
データＢを通信部２Ｂを介して取得する。ＧＰＳ衛星番
号共通化処理部３は、ＧＰＳデータＡのＧＰＳ衛星識別
番号とＧＰＳデータＢのＧＰＳ衛星識別番号を比較し、
共通の識別番号を抽出する。
【００５９】観測時刻誤差補正処理部６は、ＧＰＳ受信
機１Ａの出力の一部であるクロックバイアスＡを用いて
ＧＰＳ受信機１Ａの出力データの観測時刻タグを次式に
従って補正する。 （補正後の観測時刻タグ）＝（補正前の観測時刻タグ）ｂA‥‥(13) また、ＧＰＳ受信機１Ｂの出力の一部であるクロックバ
イアスＢを用いてＧＰＳ受信機１Ｂの出力データの観測
時刻タグを次式に従って補正する。 （補正後の観測時刻タグ）＝（補正前の観測時刻タグ）ｂB‥‥(13)'
機１Ａの出力の一部であるクロックバイアスＡを用いて
ＧＰＳ受信機１Ａの出力データの観測時刻タグを次式に
従って補正する。 （補正後の観測時刻タグ）＝（補正前の観測時刻タグ）ｂA‥‥(13) また、ＧＰＳ受信機１Ｂの出力の一部であるクロックバ
イアスＢを用いてＧＰＳ受信機１Ｂの出力データの観測
時刻タグを次式に従って補正する。 （補正後の観測時刻タグ）＝（補正前の観測時刻タグ）ｂB‥‥(13)'
【００６０】観測時刻共通化処理部４は、ＧＰＳデータ
Ａに付与された補正後の観測時刻タグとＧＰＳデータＢ
に付与された補正後の観測時刻タグを、実施の形態１で
説明した、適当な補間処理あるいは補外処理により一致
させ、共通化する。差分量計算部５は、観測時刻共通化
処理部４で処理されたＧＰＳデータＡとＧＰＳデータＢ
の差を計算する。相対航法処理部７は、移動体Ｂに対す
る移動体Ａの相対運動方程式を積分して疑似距離などの
観測値を予測する。このとき観測値の差分量に応じて移
動体Ｂに対する移動体Ａの相対位置や相対速度の予測値
を修正する。
Ａに付与された補正後の観測時刻タグとＧＰＳデータＢ
に付与された補正後の観測時刻タグを、実施の形態１で
説明した、適当な補間処理あるいは補外処理により一致
させ、共通化する。差分量計算部５は、観測時刻共通化
処理部４で処理されたＧＰＳデータＡとＧＰＳデータＢ
の差を計算する。相対航法処理部７は、移動体Ｂに対す
る移動体Ａの相対運動方程式を積分して疑似距離などの
観測値を予測する。このとき観測値の差分量に応じて移
動体Ｂに対する移動体Ａの相対位置や相対速度の予測値
を修正する。
【００６１】実施の形態５によれば、クロックバイアス
ｂA、ｂBを用いて観測時刻の絶対誤差をあらかじめ観測
時刻共通化処理部４において補正するように構成してい
るため、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ信号の時刻情報に高精度
に同期していなくても、ＧＰＳ信号の観測時刻の同期を
等価的にとることができる。その結果、相対位置と相対
速度を高い精度で推定でき、また補正方法が簡素である
ため、計算機負荷が低減する。
ｂA、ｂBを用いて観測時刻の絶対誤差をあらかじめ観測
時刻共通化処理部４において補正するように構成してい
るため、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ信号の時刻情報に高精度
に同期していなくても、ＧＰＳ信号の観測時刻の同期を
等価的にとることができる。その結果、相対位置と相対
速度を高い精度で推定でき、また補正方法が簡素である
ため、計算機負荷が低減する。
【００６２】実施の形態６．汎用のＧＰＳ受信機の中に
は、解析したＧＰＳデータの一部しか出力しないものが
ある。ＧＰＳ受信機１Ａ、Ｂがクロックバイアスを出力
しない場合には、実施の形態２で説明した絶対航法処理
部８Ａ、Ｂを移動体Ａに設けることで、対応できる。図
１２は、この発明の実施の形態６にかかるＧＰＳ受信装
置の構成を示すブロック図である。実施の形態５と同
様、観測時刻誤差補正処理部６は観測時刻共通化処理部
４よりも上流にある。同図において、図１１と同一の符
号を付したものは、同一またはこれに相当するものを示
し、その説明を省略する。
は、解析したＧＰＳデータの一部しか出力しないものが
ある。ＧＰＳ受信機１Ａ、Ｂがクロックバイアスを出力
しない場合には、実施の形態２で説明した絶対航法処理
部８Ａ、Ｂを移動体Ａに設けることで、対応できる。図
１２は、この発明の実施の形態６にかかるＧＰＳ受信装
置の構成を示すブロック図である。実施の形態５と同
様、観測時刻誤差補正処理部６は観測時刻共通化処理部
４よりも上流にある。同図において、図１１と同一の符
号を付したものは、同一またはこれに相当するものを示
し、その説明を省略する。
【００６３】絶対航法処理部８Ａは、ＧＰＳ受信機１Ａ
の出力データを処理して、移動体Ａの絶対位置、絶対速
度、クロックバイアスおよびクロックドリフトを推定す
る。同様に絶対航法処理部８Ｂは、通信部２Ａを介して
入手したＧＰＳ受信機１Ｂの出力データを処理して、移
動体Ｂの絶対位置、絶対速度、クロックバイアスおよび
クロックドリフトを推定する。観測時刻誤差補正処理部
６は、絶対航法処理部８Ａの出力の一部であるクロック
バイアスｂAを用いてＧＰＳ受信機１Ａの出力データの
観測時刻タグを式(13)に従って補正する。また、絶対航
法処理部８Ｂの出力の一部であるクロックバイアスｂB
を用いてＧＰＳ受信機１Ｂの出力データの観測時刻タグ
を式(13)'に従って補正する。
の出力データを処理して、移動体Ａの絶対位置、絶対速
度、クロックバイアスおよびクロックドリフトを推定す
る。同様に絶対航法処理部８Ｂは、通信部２Ａを介して
入手したＧＰＳ受信機１Ｂの出力データを処理して、移
動体Ｂの絶対位置、絶対速度、クロックバイアスおよび
クロックドリフトを推定する。観測時刻誤差補正処理部
６は、絶対航法処理部８Ａの出力の一部であるクロック
バイアスｂAを用いてＧＰＳ受信機１Ａの出力データの
観測時刻タグを式(13)に従って補正する。また、絶対航
法処理部８Ｂの出力の一部であるクロックバイアスｂB
を用いてＧＰＳ受信機１Ｂの出力データの観測時刻タグ
を式(13)'に従って補正する。
【００６４】実施の形態６によれば、実施の形態５と同
様、クロックバイアスを用いて観測時刻の絶対誤差をあ
らかじめ観測時刻共通化処理部４において補正するよう
に構成しているため、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ信号の時刻
情報に高精度に同期していなくても、ＧＰＳ信号の観測
時刻の同期を等価的にとることができる。また実施の形
態５に比べると構成が複雑になるが、絶対航法処理部８
Ａ、８Ｂをカスタマイズできるので、クロックバイアス
の精度を必要なレベルに調整できる。
様、クロックバイアスを用いて観測時刻の絶対誤差をあ
らかじめ観測時刻共通化処理部４において補正するよう
に構成しているため、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ信号の時刻
情報に高精度に同期していなくても、ＧＰＳ信号の観測
時刻の同期を等価的にとることができる。また実施の形
態５に比べると構成が複雑になるが、絶対航法処理部８
Ａ、８Ｂをカスタマイズできるので、クロックバイアス
の精度を必要なレベルに調整できる。
【００６５】なお実施の形態１〜６では、相対航法装置
を例に挙げて、観測時刻に起因する誤差の補正方法を説
明してきた。これは観測時刻誤差が絶対航法の誤差に比
べるとかなり小さいため、絶対航法よりも相対航法で本
発明が特に有効に発揮されることを考慮したものである
が、ＧＰＳ絶対航法装置でも適用できることは言うまで
もない。
を例に挙げて、観測時刻に起因する誤差の補正方法を説
明してきた。これは観測時刻誤差が絶対航法の誤差に比
べるとかなり小さいため、絶対航法よりも相対航法で本
発明が特に有効に発揮されることを考慮したものである
が、ＧＰＳ絶対航法装置でも適用できることは言うまで
もない。
【００６６】
【発明の効果】以上のように、本発明にかかるＧＰＳ受
信装置は、観測時刻の共通化処理を施された疑似距離
に、観測時刻誤差補正処理手段で受信機時計の誤差に起
因する観測時刻誤差を補正してから、相対航法処理を行
うので、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ信号の時刻情報に高精度
に同期していなくても、ソフトウェアでＧＰＳ信号の観
測時刻の同期を等価的にとることができる。
信装置は、観測時刻の共通化処理を施された疑似距離
に、観測時刻誤差補正処理手段で受信機時計の誤差に起
因する観測時刻誤差を補正してから、相対航法処理を行
うので、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ信号の時刻情報に高精度
に同期していなくても、ソフトウェアでＧＰＳ信号の観
測時刻の同期を等価的にとることができる。
【００６７】また、観測時刻誤差をレンジレートＡ、Ｂ
とクロックバイアスＡ、Ｂから算出することができる。
とクロックバイアスＡ、Ｂから算出することができる。
【００６８】また、観測時刻誤差を、絶対航法手段８
Ａ、８Ｂが推定するクロックバイアスＡ、Ｂと、レンジ
レート算出手段９Ａ、９Ｂが算出するレンジレートＡ、
Ｂから求めてもよいので、レンジレートとクロックバイ
アスの精度や計算応答速度を必要なレベルに調整でき
る。
Ａ、８Ｂが推定するクロックバイアスＡ、Ｂと、レンジ
レート算出手段９Ａ、９Ｂが算出するレンジレートＡ、
Ｂから求めてもよいので、レンジレートとクロックバイ
アスの精度や計算応答速度を必要なレベルに調整でき
る。
【００６９】また、観測時刻誤差を、レンジレートＡま
たはＢのどちらかと相対クロックバイアスから算出して
もよいので、計算機負荷を減らすことができる。また、
相対クロックバイアスには、相対航法処理手段が出力す
る相対クロックバイアスを用いることができるのでラン
ダムノイズを減らすことができる。
たはＢのどちらかと相対クロックバイアスから算出して
もよいので、計算機負荷を減らすことができる。また、
相対クロックバイアスには、相対航法処理手段が出力す
る相対クロックバイアスを用いることができるのでラン
ダムノイズを減らすことができる。
【００７０】また、観測時刻誤差を、レンジレートＡま
たはＢのどちらかと補正前の差分量から算出してもよい
ので、少ない計算機負荷で補正できる。
たはＢのどちらかと補正前の差分量から算出してもよい
ので、少ない計算機負荷で補正できる。
【００７１】また、観測時刻誤差補正処理手段で観測時
刻にクロックバイアスを補正してから観測時刻の共通化
を行うことができるので、高い精度で相対位置と相対速
度を推定できる。また、クロックバイアスには絶対航法
処理手段が出力する値を用いることができるので補正精
度をカスタマイズできる。
刻にクロックバイアスを補正してから観測時刻の共通化
を行うことができるので、高い精度で相対位置と相対速
度を推定できる。また、クロックバイアスには絶対航法
処理手段が出力する値を用いることができるので補正精
度をカスタマイズできる。
【００７２】また、複数の衛星からＧＰＳ信号を受信
し、かつ他のＧＰＳ受信手段と通信可能なＧＰＳ受信手
段と、このＧＰＳ受信手段が上記複数の衛星から入手す
る複数のＧＰＳデータのうち、当該ＧＰＳ受信手段と他
のＧＰＳ受信手段との相対距離の測定に必要なＧＰＳデ
ータを選択する手段と、選択された各ＧＰＳデータにつ
いて、当該ＧＰＳ受信手段での観測時刻と他のＧＰＳ受
信手段での観測時刻を揃える手段と、観測時刻を揃えた
ＧＰＳデータについて、当該ＧＰＳ受信手段のＧＰＳデ
ータと他のＧＰＳ受信手段のＧＰＳデータとの差分量を
算出する手段と、算出された差分量に対し、当該ＧＰＳ
受信手段および他のＧＰＳ受信手段の時計誤差に基づく
誤差を補正する手段と、補正された差分量に基づいて、
ＧＰＳ受信手段と他のＧＰＳ受信手段の相対位置を決定
する手段を備えているので、ＧＰＳ信号の観測時刻の同
期を等価的にとることができる。
し、かつ他のＧＰＳ受信手段と通信可能なＧＰＳ受信手
段と、このＧＰＳ受信手段が上記複数の衛星から入手す
る複数のＧＰＳデータのうち、当該ＧＰＳ受信手段と他
のＧＰＳ受信手段との相対距離の測定に必要なＧＰＳデ
ータを選択する手段と、選択された各ＧＰＳデータにつ
いて、当該ＧＰＳ受信手段での観測時刻と他のＧＰＳ受
信手段での観測時刻を揃える手段と、観測時刻を揃えた
ＧＰＳデータについて、当該ＧＰＳ受信手段のＧＰＳデ
ータと他のＧＰＳ受信手段のＧＰＳデータとの差分量を
算出する手段と、算出された差分量に対し、当該ＧＰＳ
受信手段および他のＧＰＳ受信手段の時計誤差に基づく
誤差を補正する手段と、補正された差分量に基づいて、
ＧＰＳ受信手段と他のＧＰＳ受信手段の相対位置を決定
する手段を備えているので、ＧＰＳ信号の観測時刻の同
期を等価的にとることができる。
【００７３】また、複数の衛星からＧＰＳ信号を受信
し、かつ他のＧＰＳ受信手段と通信可能なＧＰＳ受信手
段と、このＧＰＳ受信手段が複数の衛星から入手する複
数のＧＰＳデータのうち、当該ＧＰＳ受信手段と他のＧ
ＰＳ受信手段との相対距離の測定に必要なＧＰＳデータ
を選択する手段と、当該ＧＰＳ受信手段の時計誤差と他
のＧＰＳ受信手段の時計誤差を用いて、選択された各Ｇ
ＰＳデータの観測時刻を補正する手段と、観測時刻を補
正されたＧＰＳデータについて、当該ＧＰＳ受信手段で
の観測時刻と他のＧＰＳ受信手段での観測時刻を揃える
手段と、観測時刻を揃えたＧＰＳデータについて、当該
ＧＰＳ受信手段のＧＰＳデータと他のＧＰＳ受信手段の
ＧＰＳデータとの差分量を算出する手段と、算出された
差分量に基づいて、当該ＧＰＳ受信手段と他のＧＰＳ受
信手段の相対位置を決定する手段を備えているので、Ｇ
ＰＳ信号の観測時刻の同期を等価的にとることができ
る。
し、かつ他のＧＰＳ受信手段と通信可能なＧＰＳ受信手
段と、このＧＰＳ受信手段が複数の衛星から入手する複
数のＧＰＳデータのうち、当該ＧＰＳ受信手段と他のＧ
ＰＳ受信手段との相対距離の測定に必要なＧＰＳデータ
を選択する手段と、当該ＧＰＳ受信手段の時計誤差と他
のＧＰＳ受信手段の時計誤差を用いて、選択された各Ｇ
ＰＳデータの観測時刻を補正する手段と、観測時刻を補
正されたＧＰＳデータについて、当該ＧＰＳ受信手段で
の観測時刻と他のＧＰＳ受信手段での観測時刻を揃える
手段と、観測時刻を揃えたＧＰＳデータについて、当該
ＧＰＳ受信手段のＧＰＳデータと他のＧＰＳ受信手段の
ＧＰＳデータとの差分量を算出する手段と、算出された
差分量に基づいて、当該ＧＰＳ受信手段と他のＧＰＳ受
信手段の相対位置を決定する手段を備えているので、Ｇ
ＰＳ信号の観測時刻の同期を等価的にとることができ
る。
【図１】 実施の形態１にかかるＧＰＳ受信装置の構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図２】 観測時刻共通化処理部の処理方法を説明する
ための図である。
ための図である。
【図３】 観測時刻共通化処理部の別の処理方法を説明
するための図である。
するための図である。
【図４】 観測時刻共通化処理部のさらに別な処理方法
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図５】 相対航法処理部の処理フローを説明するため
の図である。
の図である。
【図６】 相対航法処理部の別の処理フローを説明する
ための図である。
ための図である。
【図７】 実施の形態２にかかるＧＰＳ受信装置の構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図８】 実施の形態３にかかるＧＰＳ受信装置の構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図９】 実施の形態３にかかるＧＰＳ受信装置の別の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図１０】 実施の形態４にかかるＧＰＳ受信装置の構
成を示すブロック図である。
成を示すブロック図である。
【図１１】 実施の形態５にかかるＧＰＳ受信装置の構
成を示すブロック図である。
成を示すブロック図である。
【図１２】 実施の形態６にかかるＧＰＳ受信装置の構
成を示すブロック図である。
成を示すブロック図である。
【図１３】 従来のＧＰＳ受信装置の構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図１４】 従来のＧＰＳ受信装置を説明するためのタ
イミング図である。
イミング図である。
１Ａ、１Ｂ ＧＰＳ受信機、 ２Ａ、２Ｂ
通信部、３ ＧＰＳ衛星番号共通化処理部、 ４
観測時刻共通化処理部、５ 差分量計算部、
６ 観測時刻誤差補正処理部、７ 相対航法
処理部、 ８Ａ、８Ｂ 絶対航法処理
部、９Ａ、９Ｂ レンジレート算出部
通信部、３ ＧＰＳ衛星番号共通化処理部、 ４
観測時刻共通化処理部、５ 差分量計算部、
６ 観測時刻誤差補正処理部、７ 相対航法
処理部、 ８Ａ、８Ｂ 絶対航法処理
部、９Ａ、９Ｂ レンジレート算出部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津久井 潤 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5J062 AA01 AA12 BB01 BB03 CC07 DD12 DD23 DD24 EE05
Claims (10)
- 【請求項１】 第１の移動体が搭載する第１のＧＰＳ受
信機と第２の移動体が搭載する第２のＧＰＳ受信機を備
えてなり、前記第１のＧＰＳ受信機が出力する第１のＧ
ＰＳデータと前記第２のＧＰＳ受信機が出力する第２の
ＧＰＳデータから共通のＧＰＳ衛星識別番号を所有する
ＧＰＳデータを抽出して、両移動体間の相対位置と相対
速度を算出するＧＰＳ受信装置であって、 前記第１の移動体または前記第２の移動体の少なくとも
一方が、ＧＰＳ衛星と前記第１の移動体との間の第１の
疑似距離と前記ＧＰＳ衛星と前記第２の移動体との間の
第２の疑似距離に観測時刻の共通化を行う観測時刻共通
化処理手段と、前記観測時刻共通化処理手段で共通化さ
れた前記第１の疑似距離と前記第２の疑似距離との差分
量を求める差分量計算手段と、前記差分量に対し前記第
１のＧＰＳ受信機と前記第２のＧＰＳ受信機との時計誤
差に起因する観測時刻誤差を補正する観測時刻誤差補正
処理手段を備えてなるＧＰＳ受信装置。 - 【請求項２】 観測時刻誤差補正処理手段は、第１の疑
似距離の変化率である第１のレンジレートと、第１のＧ
ＰＳ受信機の時計誤差である第１のクロックバイアス
と、第２の疑似距離の変化率である第２のレンジレート
と、第２のＧＰＳ受信機の時計誤差である第２のクロッ
クバイアスから補正量を算出するよう構成されている請
求項１記載のＧＰＳ受信装置。 - 【請求項３】 第１のＧＰＳ受信機の出力から第１のク
ロックバイアスを推定する第１の絶対航法処理手段と、
第１のＧＰＳ受信機の出力から第１のレンジレートを算
出する第１のレンジレート算出手段と、第２のＧＰＳ受
信機の出力から第２のクロックバイアスを推定する第２
の絶対航法処理手段と、第２のＧＰＳ受信機の出力から
第２のレンジレートを算出する第２のレンジレート算出
手段を備えてなり、観測時刻誤差補正処理手段は、前記
第１の絶対航法手段および前記第２の絶対航法手段がそ
れぞれ推定した前記第１のクロックバイアスおよび前記
第２のクロックバイアスと、前記第１のレンジレート算
出手段および前記第２のレンジレート算出手段がそれぞ
れ算出した前記第１のレンジレートおよび前記第２のレ
ンジレートから補正量を計算するよう構成されている請
求項１記載のＧＰＳ受信装置。 - 【請求項４】 観測時刻誤差補正処理手段は、第１のク
ロックバイアスと第２のクロックバイアスの差である相
対クロックバイアスと、第１または第２のレンジレート
から補正量を算出するよう構成されている請求項１記載
のＧＰＳ受信装置。 - 【請求項５】 観測時刻誤差補正処理手段の出力を入力
として両移動体間の相対位置と相対速度を算出する相対
航法処理手段を備えてなり、前記相対航法処理手段が出
力する相対クロックバイアスを用いる請求項４記載のＧ
ＰＳ受信装置。 - 【請求項６】 観測時刻誤差補正処理手段は、差分量
と、第１または第２のレンジレートから補正量を算出す
るよう構成されている請求項１記載のＧＰＳ受信装置。 - 【請求項７】 第１の移動体が搭載する第１のＧＰＳ受
信機と第２の移動体が搭載する第２のＧＰＳ受信機を備
えてなり、前記第１のＧＰＳ受信機が出力する第１のＧ
ＰＳデータと前記第２のＧＰＳ受信機が出力する第２の
ＧＰＳデータから共通のＧＰＳ衛星識別番号を所有する
ＧＰＳデータを抽出し、両移動体間の相対位置と相対速
度を算出するＧＰＳ受信装置であって、 前記第１の移動体または前記第２の移動体の少なくとも
一方が、抽出された前記ＧＰＳデータの観測時刻に対し
ＧＰＳ受信機の時計誤差であるクロックバイアスを補正
する観測時刻誤差補正処理手段と、前記観測時刻誤差補
正処理手段で補正された前記ＧＰＳデータに観測時刻の
共通化を行う観測時刻共通化処理手段と、前記観測時刻
共通化処理手段で観測時刻を共通化された第１の疑似距
離と第２の疑似距離の差分量を求める差分量計算手段を
備えてなるＧＰＳ受信装置。 - 【請求項８】 第１のＧＰＳ受信機の出力から第１のＧ
ＰＳ受信機のクロックバイアスである第１のクロックバ
イアスを推定する第１の絶対航法処理手段と、第２のＧ
ＰＳ受信機の出力から第２のＧＰＳ受信機のクロックバ
イアスである第２のクロックバイアスを推定する第２の
絶対航法処理手段を備えてなり、観測時刻誤差補正処理
手段は、前記第１の絶対航法処理手段が推定した前記第
１のクロックバイアスと、前記第２の絶対航法処理手段
が推定した前記第２のクロックバイアスを用いる請求項
７記載のＧＰＳ受信装置。 - 【請求項９】 複数の衛星からＧＰＳ信号を受信し、か
つ他のＧＰＳ受信手段と通信可能なＧＰＳ受信手段と、
このＧＰＳ受信手段が上記複数の衛星から入手する複数
のＧＰＳデータのうち、当該ＧＰＳ受信手段と上記他の
ＧＰＳ受信手段との相対距離の測定に必要なＧＰＳデー
タを選択する手段と、上記選択された各ＧＰＳデータに
ついて、上記当該ＧＰＳ受信手段での観測時刻と上記他
のＧＰＳ受信手段での観測時刻を揃える手段と、上記観
測時刻を揃えたＧＰＳデータについて、上記当該ＧＰＳ
受信手段のＧＰＳデータと上記他のＧＰＳ受信手段のＧ
ＰＳデータとの差分量を算出する手段と、上記算出され
た差分量に対し、上記当該ＧＰＳ受信手段および上記他
のＧＰＳ受信手段の時計誤差に基づく誤差を補正する手
段と、上記補正された差分量に基づいて、当該ＧＰＳ受
信手段と上記他のＧＰＳ受信手段の相対位置を決定する
手段を備えてなるＧＰＳ受信装置。 - 【請求項１０】 複数の衛星からＧＰＳ信号を受信し、
かつ他のＧＰＳ受信手段と通信可能なＧＰＳ受信手段
と、このＧＰＳ受信手段が上記複数の衛星から入手する
複数のＧＰＳデータのうち、当該ＧＰＳ受信手段と上記
他のＧＰＳ受信手段との相対距離の測定に必要なＧＰＳ
データを選択する手段と、上記当該ＧＰＳ受信手段の時
計誤差と上記他のＧＰＳ受信手段の時計誤差を用いて、
上記選択された各ＧＰＳデータの観測時刻を補正する手
段と、上記観測時刻を補正されたＧＰＳデータについ
て、上記当該ＧＰＳ受信手段での観測時刻と上記他のＧ
ＰＳ受信手段での観測時刻を揃える手段と、上記観測時
刻を揃えたＧＰＳデータについて、上記当該ＧＰＳ受信
手段のＧＰＳデータと上記他のＧＰＳ受信手段のＧＰＳ
データとの差分量を算出する手段と、上記算出された差
分量に基づいて、上記当該ＧＰＳ受信手段と上記他のＧ
ＰＳ受信手段の相対位置を決定する手段を備えてなるＧ
ＰＳ受信装置。
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|---|---|---|---|
| JP2000275882A JP3721964B2 (ja) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | Ｇｐｓ受信装置 |
| US09/903,744 US6480787B2 (en) | 2000-09-12 | 2001-07-13 | GPS receiving system |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000275882A JP3721964B2 (ja) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | Ｇｐｓ受信装置 |
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ID=18761432
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|---|---|---|---|
| JP2000275882A Expired - Fee Related JP3721964B2 (ja) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | Ｇｐｓ受信装置 |
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