JP2002243829A - 衛星測位システム、その地上局及び地上端末 - Google Patents
衛星測位システム、その地上局及び地上端末Info
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- JP2002243829A JP2002243829A JP2001034075A JP2001034075A JP2002243829A JP 2002243829 A JP2002243829 A JP 2002243829A JP 2001034075 A JP2001034075 A JP 2001034075A JP 2001034075 A JP2001034075 A JP 2001034075A JP 2002243829 A JP2002243829 A JP 2002243829A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】Ｄ−ＧＰＳは衛星からの電波を受信するＧＰＳ
のアンテナと、ＦＭ電波を受信するアンテナを必要とす
るため、端末の構成が複雑になる。 【解決手段】衛星101からの電波信号中に衛星の軌道情
報と、誤差情報を含めて端末103に送信する。そのた
め、地上局102に軌道計算装置104と、測位誤差の関数パ
ラメータを含ませる測位誤差推定装置105を設け、これ
ら２つの装置からのデータを合成して符号化して送出装
置106から衛星101に送信する。端末103では、そのデー
タを解釈して誤差補正計算を含む測位計算を行う。測位
誤差は気象情報のデータなどから地域毎に算出する。
のアンテナと、ＦＭ電波を受信するアンテナを必要とす
るため、端末の構成が複雑になる。 【解決手段】衛星101からの電波信号中に衛星の軌道情
報と、誤差情報を含めて端末103に送信する。そのた
め、地上局102に軌道計算装置104と、測位誤差の関数パ
ラメータを含ませる測位誤差推定装置105を設け、これ
ら２つの装置からのデータを合成して符号化して送出装
置106から衛星101に送信する。端末103では、そのデー
タを解釈して誤差補正計算を含む測位計算を行う。測位
誤差は気象情報のデータなどから地域毎に算出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は静止衛星ならびに周
回衛星を用いて測位を行う衛星測位システムおよびその
地上局ならびに地上端末に関する。
回衛星を用いて測位を行う衛星測位システムおよびその
地上局ならびに地上端末に関する。
【０００２】
【従来の技術】衛星を用いた測位システムとして代表的
なものにＧＰＳ(Global PositioningSystem)がある。Ｇ
ＰＳは地球上、どこでもサービスできるように通常２４
機の衛星を配置し、その衛星からの信号を得ることによ
り測位を行う。ＧＰＳで用いる衛星は原子時計を搭載す
ることにより衛星からの正確な電波発信時間を地上局に
向けて送信することが可能である。この正確な時間と、
地上局での受信時間から衛星と地上局との距離を計算
し、これを基に地上の位置を計算するものである。
なものにＧＰＳ(Global PositioningSystem)がある。Ｇ
ＰＳは地球上、どこでもサービスできるように通常２４
機の衛星を配置し、その衛星からの信号を得ることによ
り測位を行う。ＧＰＳで用いる衛星は原子時計を搭載す
ることにより衛星からの正確な電波発信時間を地上局に
向けて送信することが可能である。この正確な時間と、
地上局での受信時間から衛星と地上局との距離を計算
し、これを基に地上の位置を計算するものである。
【０００３】衛星から電波が地上局に送信される際、電
波は電離層での遅延、あるいは大気圏での遅延に代表さ
れる遅延量を伴う。電離層での遅延量は、以下に示すよ
うに２周波を用いることにより除去することが可能であ
る(日本測地学会編、−GPS−全地球測位システム、198
9)。
波は電離層での遅延、あるいは大気圏での遅延に代表さ
れる遅延量を伴う。電離層での遅延量は、以下に示すよ
うに２周波を用いることにより除去することが可能であ
る(日本測地学会編、−GPS−全地球測位システム、198
9)。
【０００４】電離層中におけるマイクロ波の群速度（波
のエネルギーが伝わる速度）の遅延は（１）式で表され
る。
のエネルギーが伝わる速度）の遅延は（１）式で表され
る。
【０００５】
【数１】
【０００６】ここで、Ｘ：電離層の臨界周波数、及び電
波が通過していく距離で決まる量、τGD：マイクロ波の
群速度の遅延（ｓ）、ｆ：搬送波の周波数であるので、
２つの周波数（たとえばＧＰＳで用いられているL1、L2
帯）の遅延の差は（２）式となる。
波が通過していく距離で決まる量、τGD：マイクロ波の
群速度の遅延（ｓ）、ｆ：搬送波の周波数であるので、
２つの周波数（たとえばＧＰＳで用いられているL1、L2
帯）の遅延の差は（２）式となる。
【０００７】
【数２】
【０００８】ただし、ｆ1、ｆ2：L1帯とL2帯の周波数(H
z)である。ｆ1とｆ2はＧＰＳの場合は既知であるから、
電離層を補正した正しい距離Ｒは（３）式となる。
z)である。ｆ1とｆ2はＧＰＳの場合は既知であるから、
電離層を補正した正しい距離Ｒは（３）式となる。
【０００９】
【数３】
【００１０】ただし、ＲL1，ＲL2：電離層遅延を補正す
る前のL1帯、L2帯で測定した距離、Ｒ：真の距離であ
る。
る前のL1帯、L2帯で測定した距離、Ｒ：真の距離であ
る。
【００１１】一方、測位誤差を低減する別の方法にＤＧ
ＰＳ(Differential−GPS)がある。この方法ではＧＰＳ
信号をあらかじめ正確に位置が分かっている場所で受信
し、ＧＰＳで得られた位置と真の位置からその誤差を計
算し、この誤差値をＧＰＳ衛星からの電波とは異なるＦ
Ｍ電波を用いて端末に送信する。簡易な方法のため、実
際のシステムとして、多くの場所で運用が開始されてい
る。
ＰＳ(Differential−GPS)がある。この方法ではＧＰＳ
信号をあらかじめ正確に位置が分かっている場所で受信
し、ＧＰＳで得られた位置と真の位置からその誤差を計
算し、この誤差値をＧＰＳ衛星からの電波とは異なるＦ
Ｍ電波を用いて端末に送信する。簡易な方法のため、実
際のシステムとして、多くの場所で運用が開始されてい
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では次のよ
うな課題がある。電離層の遅延による測位誤差を補正す
るためには、２種類の周波数が必要とされるため、端末
機器の内部構成が複雑になることである。これを解消す
るために、前記したＤ−ＧＰＳがあるものの、Ｄ−ＧＰ
Ｓでは衛星からの電波を受信するＧＰＳのアンテナと、
ＦＭ電波を受信するアンテナ両方を必要とするため、端
末機器の構成が複雑になる。また、日本国内においてＦ
Ｍ電波が届かない地域が多く、その地域において端末が
測位を行おうとすると、測位精度が低下する欠点があ
る。
うな課題がある。電離層の遅延による測位誤差を補正す
るためには、２種類の周波数が必要とされるため、端末
機器の内部構成が複雑になることである。これを解消す
るために、前記したＤ−ＧＰＳがあるものの、Ｄ−ＧＰ
Ｓでは衛星からの電波を受信するＧＰＳのアンテナと、
ＦＭ電波を受信するアンテナ両方を必要とするため、端
末機器の構成が複雑になる。また、日本国内においてＦ
Ｍ電波が届かない地域が多く、その地域において端末が
測位を行おうとすると、測位精度が低下する欠点があ
る。
【００１３】本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解
消し、安価でかつ簡易な構成で、どこにいても同様の測
位精度が得られる衛星測位システム、及びその地上局並
びに端末を提供することにある。
消し、安価でかつ簡易な構成で、どこにいても同様の測
位精度が得られる衛星測位システム、及びその地上局並
びに端末を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明では、前記の目的
を達成するために、衛星から端末に送信される電波信号
中に衛星の軌道情報と、誤差情報を含めて端末に送信す
る。そのために、地上局中に軌道計算装置と端末側では
そのデータを解釈して測位計算、誤差補正計算を行う。
また、測位精度を向上させるため、前記した誤差情報
に、測位誤差量の絶対値のみならず、測位を行う端末が
ある機略位置をもとに、精密モデルで測位誤差を算出す
るための関数パラメータを含ませる。このことを行う測
位誤差推定装置を地上局に設ける。また、衛星の軌道を
計算する軌道計算装置を地上局に設け、これら２つの装
置からのデータを合成して符号化する符号化装置を地上
局に設ける。また、このような衛星の軌道データと、誤
差パラメータから正確な測位計算を行うことが可能であ
る測位端末を設ける。
を達成するために、衛星から端末に送信される電波信号
中に衛星の軌道情報と、誤差情報を含めて端末に送信す
る。そのために、地上局中に軌道計算装置と端末側では
そのデータを解釈して測位計算、誤差補正計算を行う。
また、測位精度を向上させるため、前記した誤差情報
に、測位誤差量の絶対値のみならず、測位を行う端末が
ある機略位置をもとに、精密モデルで測位誤差を算出す
るための関数パラメータを含ませる。このことを行う測
位誤差推定装置を地上局に設ける。また、衛星の軌道を
計算する軌道計算装置を地上局に設け、これら２つの装
置からのデータを合成して符号化する符号化装置を地上
局に設ける。また、このような衛星の軌道データと、誤
差パラメータから正確な測位計算を行うことが可能であ
る測位端末を設ける。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を用い
て説明する。図１は本発明のシステム構成を示し、人工
衛星101−a〜101−n、地上局102、端末103からなる。人
工衛星101−a〜101−nは測位を行う端末から、3次元測
位を行う場合には4機以上、2次元測位を行う場合には3
機以上の衛星電波を補足できるように、衛星数を確保し
ておく必要がある。前記人工衛星は受信アンテナ、送信
アンテナ、トランスポンダを備える一般的な衛星であ
る。人工衛星は静止衛星でも周回衛星でも差し支えな
い。特に移動体に搭載されている端末での測位には長楕
円軌道衛星が適しているので、人工衛星に長楕円軌道衛
星を用いても問題ない。
て説明する。図１は本発明のシステム構成を示し、人工
衛星101−a〜101−n、地上局102、端末103からなる。人
工衛星101−a〜101−nは測位を行う端末から、3次元測
位を行う場合には4機以上、2次元測位を行う場合には3
機以上の衛星電波を補足できるように、衛星数を確保し
ておく必要がある。前記人工衛星は受信アンテナ、送信
アンテナ、トランスポンダを備える一般的な衛星であ
る。人工衛星は静止衛星でも周回衛星でも差し支えな
い。特に移動体に搭載されている端末での測位には長楕
円軌道衛星が適しているので、人工衛星に長楕円軌道衛
星を用いても問題ない。
【００１６】地上局102は各衛星の任意の時点における
衛星軌道を計算する軌道計算装置104、各衛星と受信位
置の測位誤差を推定する測位誤差推定装置105、軌道計
算装置104からの出力データと、測位誤差推定装置105か
らのデータを電波に載せるために多重化、エンコードを
行い、衛星に送信する送出装置106からなる。
衛星軌道を計算する軌道計算装置104、各衛星と受信位
置の測位誤差を推定する測位誤差推定装置105、軌道計
算装置104からの出力データと、測位誤差推定装置105か
らのデータを電波に載せるために多重化、エンコードを
行い、衛星に送信する送出装置106からなる。
【００１７】次に図1の各装置について説明する。軌道
計算装置104は測位を行う衛星のケプラー軌道要素(軌道
面傾斜角、昇交点赤経、軌道長半径、軌道離心率、近地
点引数、平均近店離角)から各時刻における101−a〜101
−nまでの衛星の軌道上における位置をあらかじめ決め
られた座標系で算出するものである。
計算装置104は測位を行う衛星のケプラー軌道要素(軌道
面傾斜角、昇交点赤経、軌道長半径、軌道離心率、近地
点引数、平均近店離角)から各時刻における101−a〜101
−nまでの衛星の軌道上における位置をあらかじめ決め
られた座標系で算出するものである。
【００１８】測位誤差推定装置105は図２に示すよう
に、気象情報提供装置201、符号化装置202、地域分割装
置203、基準時計204、パラメータ算出装置205から構成
される。これらの装置は図示のように接続されている。
気象情報提供装置201にて収集されたデータは地域分割
装置203、パラメータ推定装置205に送られる。地域分割
装置203での分割例を図３に示す。
に、気象情報提供装置201、符号化装置202、地域分割装
置203、基準時計204、パラメータ算出装置205から構成
される。これらの装置は図示のように接続されている。
気象情報提供装置201にて収集されたデータは地域分割
装置203、パラメータ推定装置205に送られる。地域分割
装置203での分割例を図３に示す。
【００１９】図３では日本国内301を対象とし、気象情
報提供装置201から情報の一つである湿度分布に関する
情報を用いて、ある時点での日本全国を分割した概念図
である。ここでの分割は、その他にも測位誤差に影響を
及ぼす気圧分布、気温分布、天候分布によって分類し、
該地域の緯度経度情報によって行なう。さらに、その他
地理的条件(平野部、都市部、山岳地帯など)などをもと
に分割を行ってもよい。この地域分割は気象変動の状況
に応じて一定周期で更新してもよい。
報提供装置201から情報の一つである湿度分布に関する
情報を用いて、ある時点での日本全国を分割した概念図
である。ここでの分割は、その他にも測位誤差に影響を
及ぼす気圧分布、気温分布、天候分布によって分類し、
該地域の緯度経度情報によって行なう。さらに、その他
地理的条件(平野部、都市部、山岳地帯など)などをもと
に分割を行ってもよい。この地域分割は気象変動の状況
に応じて一定周期で更新してもよい。
【００２０】分割の結果、たとえば図3中の地域302、30
3には、任意の時刻においてその地域に特有の誤差パラ
メータとして、たとえば電離層による遅延誤差、対流圏
による遅延誤差、衛星と受信機の間で発生するドップラ
ー効果による遅延誤差が割り当てられることになる。
3には、任意の時刻においてその地域に特有の誤差パラ
メータとして、たとえば電離層による遅延誤差、対流圏
による遅延誤差、衛星と受信機の間で発生するドップラ
ー効果による遅延誤差が割り当てられることになる。
【００２１】パラメータ推定装置205では地域分割装置2
03にて分割した地域毎に、その代表点における誤差パラ
メータを求める。ここでの誤差パラメータとは、衛星か
らの信号が地上に届くまでに大気中にて生じる遅延誤
差、あるいはその遅延誤差を記述する式のパラメータ、
あるいは端末で発生する測位誤差の推定値を意味する。
誤差パラメータに、その他の大気雑音による測位誤差に
代表されるシステム誤差を記述するパラメータを加える
ことも可能である。一般的に前記した誤差パラメータ
は、端末から衛星を見上げたときの仰角、大気中に含ま
れる水蒸気の密度、端末地点の気温、気圧等の気象現象
に左右される。すなわち、測位を行う地域によってこれ
らの値は異なるため、地域毎の誤差パラメータが必要と
なる。
03にて分割した地域毎に、その代表点における誤差パラ
メータを求める。ここでの誤差パラメータとは、衛星か
らの信号が地上に届くまでに大気中にて生じる遅延誤
差、あるいはその遅延誤差を記述する式のパラメータ、
あるいは端末で発生する測位誤差の推定値を意味する。
誤差パラメータに、その他の大気雑音による測位誤差に
代表されるシステム誤差を記述するパラメータを加える
ことも可能である。一般的に前記した誤差パラメータ
は、端末から衛星を見上げたときの仰角、大気中に含ま
れる水蒸気の密度、端末地点の気温、気圧等の気象現象
に左右される。すなわち、測位を行う地域によってこれ
らの値は異なるため、地域毎の誤差パラメータが必要と
なる。
【００２２】これらの誤差パラメータを求める中で、以
下では電離層遅延誤差、対流圏遅延誤差、ドップラー遅
延誤差についての計算方法の実施例について述べる。
下では電離層遅延誤差、対流圏遅延誤差、ドップラー遅
延誤差についての計算方法の実施例について述べる。
【００２３】(Ａ)電離層遅延誤差 入力変数は、ユーザーのおおまかな緯度：Φu、ユーザ
ーのおおまかな経度：λu、衛星とのエレベーション(仰
角)：Ｅ、衛星とのアジマス(方位角)：Ａ、衛星から送
られる定数：α、βである。
ーのおおまかな経度：λu、衛星とのエレベーション(仰
角)：Ｅ、衛星とのアジマス(方位角)：Ａ、衛星から送
られる定数：α、βである。
【００２４】(１)地球中心座標?を（４）式により計算
する。
する。
【００２５】
【数４】
【００２６】(２)準電離層緯度ΦIを（５）式により求
める。
める。
【００２７】
【数５】
【００２８】もし、ΦI＞+0.416であればΦI＝+0.416に
し、ΦI＜−0.416であればΦI＝−0.416にする。
し、ΦI＜−0.416であればΦI＝−0.416にする。
【００２９】(３)準電離層経度λIを（６）式により計
算する。
算する。
【００３０】
【数６】
【００３１】(４)それぞれの衛星から見る準電離層位置
である地磁気緯度Φmを（７）式より求める。
である地磁気緯度Φmを（７）式より求める。
【００３２】
【数７】
【００３３】(５)準電離層地点でのローカルタイムtを
（８）式により求める。
（８）式により求める。
【００３４】
【数８】
【００３５】もし、ｔ＞86400であれば、ｔ＝ｔ−86400
とし、そうでないときは86400をtに加える。ここで、Sa
telliteTimeは衛星時刻である。
とし、そうでないときは86400をtに加える。ここで、Sa
telliteTimeは衛星時刻である。
【００３６】(６)傾斜時間遅延を計算するために、傾斜
ファクターＦを（９）式により計算する。
ファクターＦを（９）式により計算する。
【００３７】
【数９】
【００３８】(７)電離層遅延時間Ｔionoを計算するた
め、まずｘを（１０）式により計算する。
め、まずｘを（１０）式により計算する。
【００３９】
【数１０】
【００４０】もし、│ｘ│＞1.57の場合は、Ｔionoは
（１１）式により求まる。そうでなければ、（１２）式
により求まる。
（１１）式により求まる。そうでなければ、（１２）式
により求まる。
【００４１】
【数１１】
【００４２】
【数１２】
【００４３】このＴionoが電離層遅延時間となる。Ｔio
noの値に電波伝搬速度をかけることにより、電離層遅延
誤差が求められる。
noの値に電波伝搬速度をかけることにより、電離層遅延
誤差が求められる。
【００４４】(Ｂ)対流圏による遅延誤差(ザースタモイ
ネンのモデル) 気温を（１３）式、気圧を（１４）式により計算する。
ネンのモデル) 気温を（１３）式、気圧を（１４）式により計算する。
【００４５】
【数１３】
【００４６】
【数１４】
【００４７】ただし、μ＝−Ｍ／Ｒβ(定数)、ｒ：地球
中心からの半径、ｒ0：ユーザーの半径、Ｔ0：ユーザー
位置の気温、ユーザーの半径ｒ0から大気圏までの半径
ｒTの範囲を動くものとする。このときドライ項の屈折
率は（１５）式より求まる。
中心からの半径、ｒ0：ユーザーの半径、Ｔ0：ユーザー
位置の気温、ユーザーの半径ｒ0から大気圏までの半径
ｒTの範囲を動くものとする。このときドライ項の屈折
率は（１５）式より求まる。
【００４８】
【数１５】
【００４９】圧力Ｐは初期値ＰTから（１６）式に従っ
て指数関数的に低下する。
て指数関数的に低下する。
【００５０】
【数１６】
【００５１】この圧力モデルを用いてザースタモイネン
モデルでは、（１７）式のように大気圏遅延誤差Δを表
現する。
モデルでは、（１７）式のように大気圏遅延誤差Δを表
現する。
【００５２】
【数１７】
【００５３】ここで、Ｄ：0.0026cos2Φ+0.00028ｈ、
Φ：端末のある緯度、ｈ：端末の高度である。
Φ：端末のある緯度、ｈ：端末の高度である。
【００５４】(Ｃ)ドップラー効果による遅延誤差 衛星とユーザーの位置が時々刻々変化するため生じるド
ップラーシフトＤiは、電波がＬｉ帯で発せられたとす
ると、（１８）式で表される。
ップラーシフトＤiは、電波がＬｉ帯で発せられたとす
ると、（１８）式で表される。
【００５５】
【数１８】
【００５６】ここで、ｒi：衛星から送られた時点の衛
星の位置、ｒu：受信機が信号を受けた時点での受信機
の位置、ｌiは（１９）式で求まる。
星の位置、ｒu：受信機が信号を受けた時点での受信機
の位置、ｌiは（１９）式で求まる。
【００５７】
【数１９】
【００５８】上記のドップラーは（２０）式のように、
遅延誤差＆に書き換えることができる。
遅延誤差＆に書き換えることができる。
【００５９】
【数２０】
【００６０】ここで、：受信機クロックのドリフト速度
(m/s)、ε&：観測値誤差である。
(m/s)、ε&：観測値誤差である。
【００６１】気象情報提供装置201では、図５に示すよ
うに、各地点毎の日時、気温、湿度、天候、気圧、風向
などを格納する。現在より過去の時点では履歴データを
格納し、将来の時点に対しては予測データを格納する。
うに、各地点毎の日時、気温、湿度、天候、気圧、風向
などを格納する。現在より過去の時点では履歴データを
格納し、将来の時点に対しては予測データを格納する。
【００６２】地域を分割する例に戻ると、図３の例では
関東地域で雷雨が発生するものの、東北南部ではその影
響が出ない場合、水蒸気密度と誤差許容範囲により、関
東、南東北地域が302、303に示すように分割される例で
ある。
関東地域で雷雨が発生するものの、東北南部ではその影
響が出ない場合、水蒸気密度と誤差許容範囲により、関
東、南東北地域が302、303に示すように分割される例で
ある。
【００６３】地域分割装置203にて分割された結果、な
らびにパラメータ推定装置にて推定され、地域分割装置
203にて分割された地域毎の誤差パラメータ、あるいは
測位誤差の絶対値、ならびにデータ送信時の基準時計か
らの時刻データは符号化装置202にて符号化され送出装
置106に送られる。
らびにパラメータ推定装置にて推定され、地域分割装置
203にて分割された地域毎の誤差パラメータ、あるいは
測位誤差の絶対値、ならびにデータ送信時の基準時計か
らの時刻データは符号化装置202にて符号化され送出装
置106に送られる。
【００６４】符号化装置202では図４に示すフォーマッ
トでデータが符号化される。図４の400は符号化された
データ列であり、399は地域分割装置で分割した地域の
認識番号、401−aは衛星番号１番のデータ内容に対する
ヘッダ、401−bは衛星番号１に関するタイムスタンプつ
き軌道データで、誤差パラメータを含むデータである。
また、402−a、402−bは衛星番号2番に対応するデー
タ、404−a、404−bは衛星番号ｎに対応するデータであ
る。
トでデータが符号化される。図４の400は符号化された
データ列であり、399は地域分割装置で分割した地域の
認識番号、401−aは衛星番号１番のデータ内容に対する
ヘッダ、401−bは衛星番号１に関するタイムスタンプつ
き軌道データで、誤差パラメータを含むデータである。
また、402−a、402−bは衛星番号2番に対応するデー
タ、404−a、404−bは衛星番号ｎに対応するデータであ
る。
【００６５】このデータの詳細を一例で示すと、411が
時刻、412が衛星番号、413が衛星の軌道データ、414か
ら415が前記した各分割地域における補正誤差量、ある
いは補正誤差のパラメータである。各地域毎に前記誤
差、あるいはパラメータを入れる領域が用意されてい
る。
時刻、412が衛星番号、413が衛星の軌道データ、414か
ら415が前記した各分割地域における補正誤差量、ある
いは補正誤差のパラメータである。各地域毎に前記誤
差、あるいはパラメータを入れる領域が用意されてい
る。
【００６６】たとえば、対流圏遅延量のパラメータを前
記領域に入れる場合を考えると、対流圏遅延モデルは、
(１７)式に示したように、水蒸気分圧、気圧及び気温を
前記領域に格納する。このような処理を各誤差発生要因
毎、各誤差領域毎に実施する。これらのデータは、各地
域毎に計算され、たとえば図3中の地域302に図4のデー
タが一つ対応する形で地上局102より誤差パラメータが
送信される。
記領域に入れる場合を考えると、対流圏遅延モデルは、
(１７)式に示したように、水蒸気分圧、気圧及び気温を
前記領域に格納する。このような処理を各誤差発生要因
毎、各誤差領域毎に実施する。これらのデータは、各地
域毎に計算され、たとえば図3中の地域302に図4のデー
タが一つ対応する形で地上局102より誤差パラメータが
送信される。
【００６７】次に、以上のデータを受信する端末装置10
3について説明する。端末装置103は少なくとも図７に示
すように、受信装置(アンテナ)801、衛星軌道データと
誤差パラメータを分離するパラメータ分離装置802、前
記誤差パラメータから遅延誤差量を算出する遅延量計算
装置803、前記衛星軌道データの衛星位置と端末の概略
位置から各衛星と端末間の擬似距離(遅延誤差が含まれ
ている距離)を求める擬似距離計算装置805、擬似距離と
遅延量計算装置での遅延距離から各衛星と端末間の真距
離(遅延距離を取り除いた正確な距離)を求める真距離計
算装置806、装置806で求めた真距離と各衛星の座標位置
から端末の位置を算出する測位計算装置807、測位結果
を表示する出力装置808から構成される。
3について説明する。端末装置103は少なくとも図７に示
すように、受信装置(アンテナ)801、衛星軌道データと
誤差パラメータを分離するパラメータ分離装置802、前
記誤差パラメータから遅延誤差量を算出する遅延量計算
装置803、前記衛星軌道データの衛星位置と端末の概略
位置から各衛星と端末間の擬似距離(遅延誤差が含まれ
ている距離)を求める擬似距離計算装置805、擬似距離と
遅延量計算装置での遅延距離から各衛星と端末間の真距
離(遅延距離を取り除いた正確な距離)を求める真距離計
算装置806、装置806で求めた真距離と各衛星の座標位置
から端末の位置を算出する測位計算装置807、測位結果
を表示する出力装置808から構成される。
【００６８】次に、端末での測位計算方法について図６
を用いて説明する。衛星を介して地上局から送信された
データは端末103のアンテナ801から取り込まれる。次
に、処理601にて端末103が図3のどの地域に属するかを
認識する。この認識の手順は、あらかじめ図3における
格子の端点の位置データを端末103上に記憶しておい
て、前回測位を行った結果をもとに該当する格子番号
(たとえば302、303)を求める。その後、図4に示したフ
ォーマットで放送される測位データの中から、先に求め
た格子番号に相当する信号列400のみを、測位を行う計
算機上のメモリ上に格納する(処理602)。また、処理602
において図４に示した衛星軌道データ(各衛星の座標値)
と誤差パラメータを計算機のメモリ上に格納する。
を用いて説明する。衛星を介して地上局から送信された
データは端末103のアンテナ801から取り込まれる。次
に、処理601にて端末103が図3のどの地域に属するかを
認識する。この認識の手順は、あらかじめ図3における
格子の端点の位置データを端末103上に記憶しておい
て、前回測位を行った結果をもとに該当する格子番号
(たとえば302、303)を求める。その後、図4に示したフ
ォーマットで放送される測位データの中から、先に求め
た格子番号に相当する信号列400のみを、測位を行う計
算機上のメモリ上に格納する(処理602)。また、処理602
において図４に示した衛星軌道データ(各衛星の座標値)
と誤差パラメータを計算機のメモリ上に格納する。
【００６９】ここで格納した衛星軌道データを用いて、
処理603にて各衛星と地上の端末103との間の擬似距離を
計算する。これは通常の二点間(Ｘi，Ｙi，Ｚi)、
(Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0)の座標値による距離計算で行う。ここ
で、Ｘi：衛星のｘ座標、Ｙi：衛星のｙ座標、Ｚi：衛
星のｚ座標、Ｘ0：地上端末のｘ座標、Ｙ0：地上端末の
ｙ座標、Ｚ0：地上端末のｚ座標である。
処理603にて各衛星と地上の端末103との間の擬似距離を
計算する。これは通常の二点間(Ｘi，Ｙi，Ｚi)、
(Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0)の座標値による距離計算で行う。ここ
で、Ｘi：衛星のｘ座標、Ｙi：衛星のｙ座標、Ｚi：衛
星のｚ座標、Ｘ0：地上端末のｘ座標、Ｙ0：地上端末の
ｙ座標、Ｚ0：地上端末のｚ座標である。
【００７０】次に、処理602で得た414〜415に相当する
誤差パラメータを、あらかじめ遅延距離計算装置803に
格納されている（１１）、（１２）、（１７）、（２
０）式のいずれかに代入することにより、該当地域にお
ける電波伝搬時における遅延距離を算出する（処理60
4）。さらに、得られた遅延距離をもとに、処理605にて
衛星〜端末間の真距離を(２１)式により計算する。
誤差パラメータを、あらかじめ遅延距離計算装置803に
格納されている（１１）、（１２）、（１７）、（２
０）式のいずれかに代入することにより、該当地域にお
ける電波伝搬時における遅延距離を算出する（処理60
4）。さらに、得られた遅延距離をもとに、処理605にて
衛星〜端末間の真距離を(２１)式により計算する。
【００７１】
【数２１】
【００７２】ここで各衛星からの座標、真距離が求めら
れたので、測位計算を処理606にて実施する。測位計算
は3次元測位を仮定すると、4機分の衛星からのデータを
用いた連立方程式を解くことによって行う。具体的な計
算方法を以下に示す。
れたので、測位計算を処理606にて実施する。測位計算
は3次元測位を仮定すると、4機分の衛星からのデータを
用いた連立方程式を解くことによって行う。具体的な計
算方法を以下に示す。
【００７３】地球中心を原点とし、自転軸に沿って北方
を正方向とするz軸、グリニジ子午面と赤道面との公転
方向にx軸(正方向)をとる3次元右手系直交座標を考え
る。
を正方向とするz軸、グリニジ子午面と赤道面との公転
方向にx軸(正方向)をとる3次元右手系直交座標を考え
る。
【００７４】各衛星の位置を（ｘi，ｙi，ｚi）、観測
地点の座標を（ｘ0，ｙ0，ｚ0）とする。また、測定地
点・各衛星間の真距離をｒ0i、同じく、擬似距離をｒi
とおく。各量の添字ｉ（＝1,2,3,4）は衛星の番号を示
すものとする。
地点の座標を（ｘ0，ｙ0，ｚ0）とする。また、測定地
点・各衛星間の真距離をｒ0i、同じく、擬似距離をｒi
とおく。各量の添字ｉ（＝1,2,3,4）は衛星の番号を示
すものとする。
【００７５】いま、擬似距離ｒiは、衛星時計のずれの
影響と、大気中の伝搬遅延距離の影響は取り除かれてい
るとすると、（２２）式で表される。
影響と、大気中の伝搬遅延距離の影響は取り除かれてい
るとすると、（２２）式で表される。
【００７６】
【数２２】
【００７７】ｓは受信機時計のずれの距離データへの影
響を表す。すなわち、受信機の時計がGPS時系に対して
ｔ進んでいるとすれば、ｓは（２３）式で表される。
響を表す。すなわち、受信機の時計がGPS時系に対して
ｔ進んでいるとすれば、ｓは（２３）式で表される。
【００７８】
【数２３】
【００７９】距離データと観測地点の座標、衛星の位置
との間にピタゴラスの定理が成り立つので、（２４）式
が得られる。
との間にピタゴラスの定理が成り立つので、（２４）式
が得られる。
【００８０】
【数２４】
【００８１】これを(２２)式に代入して、（２５）式を
得る。
得る。
【００８２】
【数２５】
【００８３】この（２５）式からｘ0，ｙ0，ｚ0とｓを
求める。(２５)式を解くには、未知数変数をその近似値
とその補正値との和で表し、式をその補正値で展開し、
2次以上の項を無視して線形化すれば良いから、（２
６）式となる。
求める。(２５)式を解くには、未知数変数をその近似値
とその補正値との和で表し、式をその補正値で展開し、
2次以上の項を無視して線形化すれば良いから、（２
６）式となる。
【００８４】
【数２６】
【００８５】ただし、ダッシュ（'）のついた量はそれ
ぞれの変数の近似値、Δのついた量はその補正値であ
る。まず、（２７）式とおく。
ぞれの変数の近似値、Δのついた量はその補正値であ
る。まず、（２７）式とおく。
【００８６】
【数２７】
【００８７】これは観測地点の概略位置（ｘ，ｙ，ｚの
近似値）と衛星との距離である。次に、ｒをｘ0で偏微
分した（２８）式を計算する。
近似値）と衛星との距離である。次に、ｒをｘ0で偏微
分した（２８）式を計算する。
【００８８】
【数２８】
【００８９】上式中の観測地点の座標値（ｘ0，ｙ0，ｚ
0)は不明であるから、実際の計算の際には、（２９）式
の近似式で代用する。同様の関係式がｙ，ｚ成分につい
ても得られる。
0)は不明であるから、実際の計算の際には、（２９）式
の近似式で代用する。同様の関係式がｙ，ｚ成分につい
ても得られる。
【００９０】
【数２９】
【００９１】これらを整理すると（３０）式になる。こ
の式でΔｘ，Δｙ，Δｚ，ｓが収束するまで繰り返し計
算を行い、解を求める。
の式でΔｘ，Δｙ，Δｚ，ｓが収束するまで繰り返し計
算を行い、解を求める。
【００９２】
【数３０】
【００９３】本発明の測位計算システムを用いることに
より、従来の高精度測位を行うのに必要であったＦＭ電
波を受信するアンテナが不要となるため、価格が安価
で、かつ機器構成が単純である車載情報機器が開発でき
るようになる。
より、従来の高精度測位を行うのに必要であったＦＭ電
波を受信するアンテナが不要となるため、価格が安価
で、かつ機器構成が単純である車載情報機器が開発でき
るようになる。
【００９４】
【発明の効果】本発明の測位計算システムを用いること
により、従来の高精度測位を行うのに必要であったＦＭ
電波を受信するアンテナが不要となるため、機器構成が
簡単な車載情報機器が開発できる。
により、従来の高精度測位を行うのに必要であったＦＭ
電波を受信するアンテナが不要となるため、機器構成が
簡単な車載情報機器が開発できる。
【図１】本発明の衛星測位システムを表す構成図。
【図２】測位誤差推定装置を表す構成図。
【図３】地域を分割する様子を示した説明図。
【図４】地上局から送信するデータの模式図。
【図５】気象情報データの例を示すデータ構成図。
【図６】端末側での測位計算処理を示すフローチャー
ト。
ト。
【図７】測位端末の構成図。
101…衛星、102…地上局、103…端末機、104…軌道計算
装置、105…測位誤差指定装置、106…送出装置、201…
気象情報提供装置、202…符号化装置、203…地域分割装
置、204…基準時計、205…パラメータ推定装置、301…
地図、302…分割領域、303…分割領域、399…地域認証
番号、400…データ、401…ヘッダデータ、402〜404…衛
星位置と誤差パラメータデータ、411〜415…データ、60
1…データ認識処理、602…データ格納処理、603…擬似
距離計算処理、604…誤差要因毎の遅延距離算出処理、6
05…真距離計算処理、606…測位計算処理、607…収束判
定処理、608…アラーム出力処理、801…受信装置、802
…パラメータ分離装置、803…遅延距離計算装置、805…
擬似距離計算装置、806…真距離計算装置、807…測位計
算装置、808…出力装置。
装置、105…測位誤差指定装置、106…送出装置、201…
気象情報提供装置、202…符号化装置、203…地域分割装
置、204…基準時計、205…パラメータ推定装置、301…
地図、302…分割領域、303…分割領域、399…地域認証
番号、400…データ、401…ヘッダデータ、402〜404…衛
星位置と誤差パラメータデータ、411〜415…データ、60
1…データ認識処理、602…データ格納処理、603…擬似
距離計算処理、604…誤差要因毎の遅延距離算出処理、6
05…真距離計算処理、606…測位計算処理、607…収束判
定処理、608…アラーム出力処理、801…受信装置、802
…パラメータ分離装置、803…遅延距離計算装置、805…
擬似距離計算装置、806…真距離計算装置、807…測位計
算装置、808…出力装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 徹 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所放送・通信システム推進 事業部内 Ｆターム(参考） 5J062 CC13 DD23 DD24 DD25 EE02 EE03
Claims (10)
- 【請求項１】 複数の衛星に対し、測位に用いる衛星の
軌道情報データを発信する衛星測位システムの地上局に
おいて、 地上局から発信する信号中に、測位補正情報データを含
むことを特徴とする衛星測位システムの地上局。 - 【請求項２】 請求項１において、 衛星の位置を示す軌道情報データを計算する軌道計算装
置と、前記測位補正情報データを生成する測位誤差推定
装置を設け、これら２つの装置からのデータを合成して
各衛星に送信することを特徴とする衛星測位システムの
地上局。 - 【請求項３】 請求項２において、 前記測位誤差推定装置が推定計算する測位補正情報デー
タは、誤差を表す関数のパラメータ、あるいは誤差の絶
対量で表されることを特徴とする衛星測位システムの地
上局。 - 【請求項４】 請求項２において、 前記測位誤差推定装置は測位対象地域を気象条件に代表
される測位誤差発生条件に基づき分割し、該気象条件を
元にした分割地域すべてに対する誤差パラメータ、ある
いは測位誤差の絶対量を推定し、基準時計の情報と共に
測位に必要な前記データを符号化して衛星に送信するこ
とを特徴とする衛星測位システムの地上局。 - 【請求項５】 請求項４において、 前記複数地域は、一定周期、あるいは任意の時刻にて該
地域の分割状態を更新することを特徴とする衛星測位シ
ステムの地上局。 - 【請求項６】 請求項４において、 前記測位誤差発生条件は気象情報、該地域の緯度経度情
報、地理的条件(平野部、都市部、山岳地帯など)の少な
くとも１つを含むことを特徴とする衛星測位システムの
地上局。 - 【請求項７】 測位に用いる衛星の軌道情報データと測
位誤差情報データを衛星から受信し、測位計算を行なう
衛星測位システムの地上端末において、 前記地上端末は、前記軌道情報データを元に衛星・端末
間の擬似距離と、前記測位誤差情報データを元に衛星・
端末間の遅延距離を計算し、前記擬似距離と前記遅延距
離から衛星・端末間の真距離を求め、これに元づいて端
末の位置を測位する測位計算装置を設けることを特徴と
する衛星測位システムの地上端末。 - 【請求項８】 測位に用いる衛星の軌道情報データを衛
星に向けて発信する地上局、地上局から発信する信号を
受信する複数の衛星と、衛星から送出されるデータを受
信する地上端末からなる衛星測位システムにおいて、 前記地上局から発信する信号中に少なくとも軌道情報デ
ータと測位補正情報データの両方を含むことを特徴とす
る衛星測位システム。 - 【請求項９】 請求項８において、 前記地上端末は、前記衛星から受信した軌道情報データ
と測位補正情報データを分離し、分離したデータを元に
地上端末の位置を計算することを特徴とする衛星測位シ
ステム。 - 【請求項１０】 請求項８または９において、 前記衛星に、長楕円軌道衛星を用いることを特徴とする
衛星測位システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001034075A JP3611526B2 (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 衛星測位システム、その地上局及び地上端末 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001034075A JP3611526B2 (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 衛星測位システム、その地上局及び地上端末 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004033380A Division JP2004205525A (ja) | 2004-02-10 | 2004-02-10 | 衛星測位システム、その地上局及び地上端末 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002243829A true JP2002243829A (ja) | 2002-08-28 |
| JP2002243829A5 JP2002243829A5 (ja) | 2005-01-06 |
| JP3611526B2 JP3611526B2 (ja) | 2005-01-19 |
Family
ID=18897739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001034075A Expired - Fee Related JP3611526B2 (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 衛星測位システム、その地上局及び地上端末 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3611526B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005121394A (ja) * | 2003-10-14 | 2005-05-12 | Hitachi Ltd | 位置算出用データ送受信装置、ならびに位置算出用データ送受信法 |
| JP2005172738A (ja) * | 2003-12-15 | 2005-06-30 | Denso Corp | 相対測位システム |
| JP2008051567A (ja) * | 2006-08-23 | 2008-03-06 | Japan Radio Co Ltd | 衛星航法装置 |
| JP2009510468A (ja) * | 2005-10-06 | 2009-03-12 | サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド | 放送システムにおける初期ｇｐｓ信号を取得する方法及びそれによるシステム |
| JP2009186320A (ja) * | 2008-02-06 | 2009-08-20 | Toshiba Corp | 電離層電子密度分布推定システム及び測位システム |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7349238B2 (ja) * | 2018-09-28 | 2023-09-22 | 旭化成株式会社 | 湿度測定装置、及び露点温度測定装置 |
-
2001
- 2001-02-09 JP JP2001034075A patent/JP3611526B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| JP2005172738A (ja) * | 2003-12-15 | 2005-06-30 | Denso Corp | 相対測位システム |
| JP2009510468A (ja) * | 2005-10-06 | 2009-03-12 | サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド | 放送システムにおける初期ｇｐｓ信号を取得する方法及びそれによるシステム |
| JP2008051567A (ja) * | 2006-08-23 | 2008-03-06 | Japan Radio Co Ltd | 衛星航法装置 |
| JP2009186320A (ja) * | 2008-02-06 | 2009-08-20 | Toshiba Corp | 電離層電子密度分布推定システム及び測位システム |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3611526B2 (ja) | 2005-01-19 |
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