JP2003194915A - 測位装置および測位システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測位装置の電源投入後の測位開始時に整数バ
イアスの決定を速やかに行えるようにし、キャリア位相
の情報を用いた測位を間欠動作により行えるようにした
測位装置を構成する。 【解決手段】 間欠動作により測位を行う際に、測位中
に求めていた測位局の位置を非測位中に保持し、測位開
始時に、保持していた記憶測位位置から計算上の位相差
を算出し、観測位相差の小数部が±０．５サイクルの範
囲で観測位相差と一致するように計算位相差を修正し、
修正後の計算位相差を観測位相差の整数バイアスとして
決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＧＰＳ衛星など
から発せられる測位用信号を受信して、受信点の測位を
行う測位装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＧＰＳを利用して、地滑り監視装
置やダム形状モニタ装置などが実用化されている。これ
らは、監視対象とする領域に複数の測位装置を設置して
おき、各測位装置の位置ずれをモニタリングするように
したものである。

【０００３】各測位装置は、ＧＰＳのＲＴＫ（リアルタ
イムキネマティック測位）またはスタティック測量によ
り各測位装置の相対位置を精密測位する。前者の地滑り
監視装置は、地滑り監視領域外に設置した基準局に対す
る相対位置を測位し、後者のダム形状モニタ装置は、ダ
ムの所定箇所に設けた測位装置相互の相対位置関係か
ら、ダムの形状変化を監視する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記地滑りや、ダム等
の大型構造物の形状変化を監視するための測位装置は、
屋外で長期間に亘って稼動させるものであるため、その
電源を如何に確保するかが問題であった。例えば太陽電
池と充電電池とを組み合わせた独立電源を設ければ、電
源ケーブルの敷設も不要となるが、極めて長期間に亘っ
て安定した電力を供給するためには、電源装置の規模も
大型にならざるを得なく、そのことが装置全体の利便性
を妨げていた。

【０００５】測位装置の電力消費を低減させる目的で、
間欠的に動作させるようにした測位装置も存在するが、
ＲＴＫによりキャリア位相を用いて測位を行う場合に
は、キャリア位相の整数バイアスの決定に時間が掛かっ
たり、その決定を誤る確率が高くなるという問題が生じ
る。すなわち、受信機の電源が一旦切られると、ＧＰＳ
衛星からの信号を追尾する動作が途絶えて、キャリア位
相に関する情報が無くなり（誤ったものとなり）、整数
バイアスを再度求め直さなければならない。

【０００６】上述の課題は、ＧＰＳ衛星から送信される
電波を受信して測位を行う測位装置や測位システムに限
らず、例えば比較的狭い領域内に測位用信号（電波、光
（光波）、音波等の波による信号）を送信する複数の送
信機を配置し、キャリア位相の整数バイアスを決定する
必要のある測位装置および測位システムに共通する課題
である。

【０００７】この発明の目的は、測位装置の電源投入後
の測位開始時に整数バイアスの決定を速やかに行えるよ
うにし、キャリア位相の情報を用いた測位を間欠動作に
より行えるようにした測位装置および測位システムを提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の測位装置は、
基準局と測位局とで複数の測位用送信機からの信号をそ
れぞれ受信して、複数の測位用送信機から両局の受信点
までのキャリア位相の差を求め、このキャリア位相の差
を基に、基準局に対する測位局の位置を測位する。非測
位中には、測位中に求めていた測位局の位置を、記憶測
位位置として保持する。測位開始時には、記憶測位位置
と前記測位用送信機の位置とから求まる計算上の位相差
を計算位相差として算出し、測位局で観測した測位用送
信機からの信号のキャリア位相差の小数部を観測位相差
として求め、計算位相差の小数部が±０．５サイクルの
範囲で観測位相差と一致するように計算位相差を修正
し、該修正後の計算位相差を前記観測位相差の整数バイ
アスとして決定する。

【０００９】地滑りの監視や、大型構造物の形状変化の
監視を行う測位装置は、受信点の位置が短時間のうちに
例えば１０ｃｍ以上ずれるようなことは殆ど無い。従っ
て、測位装置を間欠動作させた際に、測位終了時の受信
点の位置と測位開始時の受信点の位置とは、１０ｃｍ以
上ずれていないものとして扱える。キャリア位相の１サ
イクルは距離に換算すると、約２０ｃｍであるので、１
０ｃｍ以内の精度で受信点の位置が求められていれば、
計算上のキャリア位相から整数バイアスを求めた場合、
０．５サイクル以内の精度で整数バイアスが求まること
になる。そこで、この発明では、測位中に求めていた
（測位終了時の）測位局の位置から逆算した計算位相差
の整数部を整数バイアスとして利用する。但し、小数部
からの繰り上がりを考慮して、観測位相差の小数部が、
±０．５サイクルの範囲で観測位相差の小数部と一致す
るように、計算位相差を修正する。これにより、測位開
始直後に整数バイアスを決定して、直ちに測位結果の出
力を開始できるようにする。

【００１０】また、この発明の測位装置は、所定時間周
期で測位を行うにあたり、測位装置の設置位置が、変位
可能な最大速度で変位しても、前記非測位中に、キャリ
ア位相差の１サイクルを距離換算した距離の略１／２を
超えて変位しないように、前記非測位中の時間を定め
る。これにより、測位開始直後に求めた前記整数バイア
スの確かさを保証する。

【００１１】また、この発明の測位システムは、前記測
位装置を変動監視対象領域内の複数箇所にそれぞれ設置
し、または、変動監視対象領域内と変動監視対象領域外
にそれぞれ測位装置を設置し、それらの測位装置のう
ち、基準局となる測位装置に対する測位局となる測位装
置の位置変動量を求めて、前記変動監視対象領域の変動
を監視する。これにより、地滑りの監視や、大型構造物
の形状変化の監視を行う。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、基準局および測位局とな
る測位装置の構成を示すブロック図である。ここで、１
１はＧＰＳアンテナである。１２はダウンコンバータで
あり、ＧＰＳアンテナ１１からの受信信号を所定の中間
周波信号に周波数変換する。１３はＡＤコンバータであ
り、受信信号を所定周期でサンプリングし、順次デジタ
ルデータ列に変換する。データ送受信機１５は、各種デ
ータの送信または受信を行う無線機であり、１４はその
アンテナである。ＣＰＵ１７は、インターフェース１６
を介して、送信データの出力または受信データの入力を
行う。例えば、この測位装置が基準局として動作する場
合には、他の複数の測位局に対してキャリア位相データ
を送信する。この測位装置が測位局として動作する場合
には、基準局から送信されたキャリア位相データを受信
する。また、求めた測位データを、モニタリングを行っ
ている監視局へ送信する。

【００１３】ＲＯＭ１８には、ＣＰＵ１７の実行すべき
プログラムを予め書き込んでいる。ＲＡＭ１９は、その
プログラムの実行に際してワーキングエリアとして用い
る。２０は時計回路（リアルタイムクロック）であり、
現在時刻をカウントし、また所定のタイミングで電源２
１を制御することによって全体を間欠動作させる。

【００１４】なお、基準局と測位局の回路構成は、いず
れも図１に示したとおりであるが、基準局として動作す
るか、測位局として動作するかは、モード設定スイッチ
などによって設定する。

【００１５】地滑りやダム形状などを監視する場合、監
視すべき領域の所定個所に複数の測位局を配置する。基
準局は、それらの監視領域外に設置するか、または監視
領域内に設置する。すなわち、地滑り監視を目的とする
場合には、監視領域外の基準局に対して各測位局の相対
位置を測位するために、監視領域外に基準局を設置す
る。また、ダム等の大型構造物の形状変化の監視を目的
とする場合には、基準局もダムの所定位置に設置する。

【００１６】次に、基準局と測位局の処理手順を図２〜
図５に示すフローチャートを参照して説明する。図２は
基準局の処理手順を示すフローチャートである。まず、
各衛星からの信号の捕捉・追尾を行うとともに、それら
のキャリア位相のデータを求める。また、各衛星のキャ
リア位相のデータを、時刻データと共に測位局へ送信す
る。この処理は例えば毎秒実行する。

【００１７】図３は測位局におけるデータ受信処理と測
位処理の手順を示すフローチャートである。測位局で
は、基準局から一定周期で送信される各衛星のキャリア
位相データを受信し、これらのデータを一時格納する。
また、測位局は各衛星のＣ／Ａコード位相とキャリア位
相を観測し、Ｃ／Ａコード位相から擬似距離を求め、受
信点の単独測位を行う。この単独測位の結果は後述する
整数バイアスの決定に用いる。また、各衛星のキャリア
位相と基準局から得た各衛星のキャリア位相とに基づい
てキャリア二重位相差を求め、その値から、基準局に対
する測位局の相対位置を測位する。

【００１８】この測位処理を所定時間周期で行い、その
他の時間では測位処理を行わないことによって、全体の
消費電力を低減する。但し、この測位装置の設置位置
が、変位可能な最大速度で変位しても、非測位中に、キ
ャリア位相差の１サイクルを距離換算した距離の略１／
２（例えば１０ｃｍ）を超えて変位しないように、その
非測位中の時間を定めておく。

【００１９】図４は、測位局における整数バイアスの決
定処理の手順を示すフローチャートである。まず、単独
測位により求めた概略位置を通るキャリア位相位置線
（キャリア二重位相差が等しくなる点を結ぶ線）の整数
値を整数バイアスとして仮定する（ｎ１１）。この仮定
した整数バイアスの前後数サイクルに対応するキャリア
位相位置線の交点を候補位置として求める（ｎ１２）。
続いて、各候補位置の残差を算出する（ｎ１３）。そし
て、残差の大きな候補位置を捨てる（ｎ１４）。一定時
間以上の処理を繰り返した後、候補位置が一点にまで絞
り込まれた時、その候補位置を通るキャリア位相位置線
に相当する各キャリア二重位相差の整数バイアスを、各
キャリア二重位相差の正しい整数バイアスとして決定す
る（ｎ１５→ｎ１６）。

【００２０】図５は、測位局における電源復帰時の、す
なわち間欠動作における電源オン時の、処理手順を示す
フローチャートである。まず、非測位中（電源オフ期
間）に記憶していた記憶測位位置および現在の各衛星の
位置から、計算上の二重位相差を算出する。そして、観
測二重位相差を求め、計算二重位相差を観測二重位相差
により修正する。

【００２１】例えば、計算二重位相差が１２３．９０で
あり、観測位相差が０．８０であれば、計算二重位相差
の小数部が±０．５サイクルの範囲で観測二重位相差と
一致するように、計算二重位相差の整数部１２３を、そ
のまま二重位相差の整数バイアスとして決定する。これ
により、整数部を含めた観測二重位相差を１２３．８０
とする。

【００２２】また、例えば、計算二重位相差が１２３．
９０であり、観測位相差が０．１０であれば、計算二重
位相差の小数部が±０．５サイクルの範囲で観測二重位
相差と一致するように、整数バイアスを１２４と決定
し、整数部を含めた観測二重位相差を１２４．１０とす
る。

【００２３】このように、一旦整数バイアスを決定した
後は、間欠動作による電源投入直後の極めて短時間に整
数バイアスを再決定することが可能となる。そのため、
オンデュティー比の小さな、すなわち動作時間の短い、
運用が可能となり、電源容量が小さくてすみ、その分、
小型低コスト化を図ることができる。

【００２４】なお、以上の実施形態では、ＧＰＳ衛星を
測位用送信機の例として挙げたが、ＧＰＳ衛星から送信
される電波と同じフォーマットの測位用信号を送信する
測位用送信機を用いてもよい。例えば、その測位用送信
機を、ＧＰＳ衛星からの電波が届かない場所に設置して
おき、測位装置が、ＧＰＳ衛星からの電波および設置さ
れた測位用送信機からの電波を適宜受信するように構成
してもよい。これによれば、例えば地下街などにおいて
も、測位が可能となる。

【００２５】また、測位用送信機が送信する電波は、Ｇ
ＰＳに則ったフォーマットである必要はなく、任意であ
る。また、電波である必要はなく、光や音波であっても
よい。すなわち、複数の測位用送信機から基準局および
受信局の受信点までのキャリア位相の差を求め、このキ
ャリア位相の差を基に、基準局に対する測位局の位置を
測位する場合に同様に適用できる。

【００２６】また、以上の実施形態では、地滑りやダム
形状などを監視するために、普段は殆ど変位しない場所
に測位装置を設置した例を示したが、移動体の位置を測
位する場合にも適用できる。例えば、測位装置を人が携
帯するようにし、所定監視領域内の人の位置を測位する
用途も考えられる。この場合も、キャリア位相差の１サ
イクルを距離換算した値と、測位装置の非測位中に人が
移動可能な最大速度とを考慮して、非測位中に、キャリ
ア位相差の１サイクルを距離換算した距離の略１／２を
超えて変位しないように、非測位中の時間を定めてお
く。このことにより、測位開始直後に求めた整数バイア
スの確かさを保証することができる。

【００２７】

【発明の効果】この発明によれば、測位中に求めていた
測位局の位置を、非測位中に記憶測位位置として保持
し、測位開始時に、記憶測位位置から計算位相差を算出
し、測位局で観測した測位用送信機からの電波のキャリ
ア位相差の小数部を観測位相差として求め、計算位相差
の小数部が±０．５サイクルの範囲で観測位相差と一致
するように計算位相差を修正した計算位相差を観測位相
差の整数バイアスとして決定するようにしたので、測位
開始直後に整数バイアスを直接的に決定して、直ちに測
位結果の出力を開始できるようになる。そのため、キャ
リア位相の情報を用いた測位を間欠動作により行えるよ
うになり、電源装置の規模も縮小化でき、装置全体の利
便性が大幅に高まる。

【００２８】また、この発明によれば、所定時間周期で
測位を行い、前記の非測位中の消費電力を低減する制御
手段を備え、測位装置の設置位置が、変位可能な最大速
度で変位しても、前記非測位中に、キャリア位相差の１
サイクルを距離換算した距離の略１／２を超えて変位し
ないように、前記非測位中の時間を定める。これによ
り、測位開始直後に求めた整数バイアスの確かさを常に
保証することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態に係る測位装置の構成を示
すブロック図

【図２】基準局の処理手順を示すフローチャート

【図３】測位局の処理手順を示すフローチャート

【図４】測位局における初期の整数バイアス決定の処理
手順を示すフローチャート

【図５】測位開始時における整数バイアスの再決定の処
理手順を示すフローチャート

【符号の説明】

１１−ＧＰＳアンテナ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準局となる測位装置と測位局となる測
   位装置とで複数の測位用送信機からの信号をそれぞれ受
   信して、前記複数の測位用送信機から基準局および受信
   局の受信点までのキャリア位相の差を求め、このキャリ
   ア位相の差を基に、基準局に対する測位局の位置を測位
   する測位装置において、 測位中に求めていた前記測位局の位置を、非測位中に記
   憶測位位置として保持する手段と、 測位開始時に、前記記憶測位位置と前記測位用送信機の
   位置とから求まる計算上の位相差を計算位相差として算
   出し、前記測位局で観測した測位用送信機からの信号の
   キャリア位相差の小数部を観測位相差として求め、前記
   計算位相差の小数部が±０．５サイクルの範囲で前記観
   測位相差と一致するように前記計算位相差を修正し、該
   修正後の計算位相差を前記観測位相差の整数バイアスと
   して決定する手段と、を備えてなる測位装置。
2. 【請求項２】 所定時間周期で測位を行うにあたり、前
   記測位装置の設置位置が、変位可能な最大速度で変位し
   ても、前記非測位中に前記キャリア位相差の１サイクル
   を距離換算した距離の略１／２を超えて変位しないよう
   に、前記非測位中の時間を定めたことを特徴とする請求
   項１に記載の測位装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の測位装置を変
   動監視対象領域内の複数箇所にそれぞれ設置し、また
   は、変動監視対象領域内と変動監視対象領域外にそれぞ
   れ測位装置を設置し、それらの測位装置のうち、前記基
   準局となる測位装置に対する前記測位局となる測位装置
   の位置変動量を求めて、前記変動監視対象領域の変動を
   監視するようにした測位システム。