JP2004003904A - 高精度衛星測位装置用位置補正データ供給装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】RTCMデータ放送からDGPS及び/又はDGLO測位に必要なメッセージを取り出す。具体的にはデータ放送からRTCMデータを取り出し、GPS用あるいはGLONASS用に必要なデータを取り込んで利用する。また、将来GALILEO等他の衛星測位システムが運用開始されたときには同様な利用が可能である。
【選択図】 図4
Description
【産業上の利用分野】
本件出願に係る発明は、人工衛星を利用する測位システムにおいてデータ放送を利用する高精度測位装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、人工衛星を利用する測位システムの利用が急速に進み、多くの自動車にこの測位システムを利用するカーナビゲーション装置と呼ばれる装置が搭載されている。
このカーナビゲーション装置は軌道を周回する複数の人工衛星からの時刻信号を受信し、受信時刻の差を各々の人工衛星からの距離に換算し、その距離から装置の設置位置を算出し、算出データを地図データに組み合わせて利用する。
【0003】
現在運用されている衛星測位システムとして米国が運用するGPS(Global PositioningSystem)と呼ばれるものと、ロシアが運用するGLONASS(GLObalNAvigation Satellite System)がある。この他に将来運用が計画されている衛星測位システムに欧州共同体が運用を予定しているGALILEOがある。
【0004】
GPSは軌道半径26,560kmの傾斜角55°の6個の円軌道上に4個ずつ非等間隔に配置され周期11時間58分(0.5恒星日)の24個の周回衛星を利用する。
【0005】
GLONASSは軌道半径25,510kmの傾斜角64.8°の3個の円軌道上に8個ずつ等間隔に配置され周期11時間15分の24個の周回衛星を利用する。
【0006】
GALILEOは地上24,000kmの傾斜角約50°の3個の円軌道上に10個ずつ配置された30個の周回衛星を利用するもの及び高度24,126kmの傾斜角約50°の3個の円軌道上に10個ずつ配置された30個の衛星を利用するるもの及び軌道半径約24,126kmの傾斜角約52.5°の3個の円軌道上に8個ずつ配置された24個の周回衛星と9個の静止衛星を利用するものが提案されている。
【0007】
衛星測位システムは厳密に時刻合わせされた原子時計によって制御された複数の現在位置が既知の衛星からの信号を利用して受信装置の位置を計測する。その際4個の衛星からの信号を受信するが1個の衛星は時刻測定の基準とされ、他の3個の衛星からの信号の到達時間差により3次元位置を計測する。
GPSではシステム時系としてUTC(USNO)に同期し、GLONASSではUTC(SU)に同期しているが、その間には数十μ秒の差がある。
また、GPSではWGS84座標系を、GLONASSではPZ−90座標系を用いており、その間には地表面で水平方向に10cm程度、垂直方向には1m程度の差がある。(新井直樹「GLONASSの現状とGPSとの共用」(1997年11月日本航海学会)
【0008】
衛星測位システムでは原理的に4個、理想的には6個の衛星を利用する必要があるが、衛星の故障などにより4個の衛星を利用することができないことがある。
4個の衛星を利用することができたとしても、衛星の位置が低い場合には衛星からの電波が空気中を通過する距離が長くなるため、信号の到達時間に遅れが生じ、測位結果に誤差が発生する。
【0009】
現時点で2組、将来的には3組の衛星測位システムが運用されていても周回軌道の問題あるいは衛星の状態が完全でない場合には1つの衛星測位システムによって最低限である4個の衛星を利用することができないことがある。
しかし、そのような場合でも他の衛星測位システムを組み合わせて共用、例えば現行のGPSとGLONASSとを共用、すれば、常時10個以上の衛星が利用可能になるという観測結果がある。
【0010】
また、GPSとGLONASSを共用して測位を行った場合の測位データの分散はGPSのみあるいはGLONASSのみを用いて測位を行った場合と比較して著しく小さい。
【0011】
GPSとGLONASSとは異なるシステム時系及び座標系に属しているが、測位計算を行う際に未知数を1個追加することによってシステム時系の問題は解決することができる。すなわち、単一システム内では4個の衛星があれば測位できるが、2システムを利用する場合には時刻用にさらに1個計5個の衛星を使用する。座標系の相違については2つの座標系の変換式により問題を解決することができる。
【0012】
現用のGPS及びGLONASSと将来の運用が予定されるGALILEOは独立したシステムであるが、共にGNSS(Global Navigation Satellite System)を構成しており、測位に利用する信号形式は共通であるため相互運用が可能である。
このことを利用して、GPS及びGLONASSとを共用する測位装置が存在しており、この測位装置の信号はGPSとGLONASSの混在したRTCM(Radio Technical Commission for Maritime Service)補正データである。
位置補正データにはRTCM補正データの他に、国際規格となっていないCMR(Compact Management Record)との名称のメーカ固有フォーマットデータもあるが、この出願ではRTCMメッセージを使用する場合についてのみ述べる。しかしながら、CMR等のメーカ固有フォーマットデータも使用可能であることは、言うまでもないことである。
【0013】
ところで、衛星測位システムには信号の到達時間差による方法の他に、到達搬送波の位相差に基づいてcm単位の高精度測定を行うRTK(Real Time Kinematic)「搬送波位相測定」という測位方法があり、地殻変動の測定、測量等に利用されている。
【0014】
衛星測位システムの測位精度を上げるために、正確な位置が既知である測位点の位置を測位衛星により計測し、その結果から得られる位置情報と既知の位置情報からそのときの測位誤差を検出し、検出された測位誤差データを放送して測位点の測位データを修正する高精度衛星測位方法があり、GPSの場合DGPS(Differential GPS)と呼ばれている。
また、DGPSと同じ方法でGLONASSの測位データを修正する高精度衛星測位方法(ここではDGLOと呼ぶことにする。また、GALILEOの場合にも同様にDGALと呼ぶことにする。)がある。
【0015】
このような高精度測位情報はRTCMデータ放送として地上波アナログデータ放送である走査線多重データ放送(VBI),テレビジョン音声多重データ放送(ASC:Audio Sub Carrier),FM多重データ放送及び/又はデジタルのデータ放送で放送されている。
【0016】
RTCMによりGPSの修正データがGLONASSの修正データとともに放送されている。さらに将来GALILEOの運用が開始されるとGALILEOの修正データもRTCMにより放送される。
【0017】
しかしながら、GPS−GLONASSの混在したRTCMデータはDGPSとDGLO共用システムのみに利用可能であり、高精度測位でDGPS及び/又はDGLOのみのシステムとの共用を可能とする装置は存在していない。
【0018】
【発明の概要】
このような状況に鑑み、本件出願ではDGPS−DGLO共用装置でRTCMデータを利用可能にし、DGPS及び/又はDGLO測位との共用を実現するための装置を提供する。
RTCMデータ放送を利用するには必要なメッセージを取り出す必要がある。
本件出願では使用目的に応じて必要なメッセージを取り出すことができる装置の発明を提供する。
ユーザはRTCMデータ放送を受信し、GPS用あるいはGLONASS用に必要なデータを取り込んで利用する。
また、将来GALILEO等他の衛星測位システムが運用開始されたときには同様な利用が可能である。
【0019】
【実施例】
図を用いて本件出願に係る実施例を説明する。
RTCMフレームは図1に示すように30ビットである複数のワードから構成されており、初めに2ワードのヘッダが送信され、続く複数のワードでメッセージが送信される。
【0020】
図2によりRTCMデータ放送を説明する。
RTCMの最新規格であるSC−104V.2.2では送信されるメッセージタイプが図2の表に示したとおり定義されている。
この表に示されたメッセージ中1〜17及び22はDGPSに関するもの、18〜21はRTKに関するもの、31〜36はDGLOに関するもの、37はGALILEOに関するものであり、その他は特に定義されていないが現在運用されていないGALILEOに関するもの及び今後運用されるかも知れない他の衛星測位システムで使用されることが予定されている。
【0021】
図3に、本発明に係る高精度衛星測位装置用補正データ供給装置の基本的な実施例を第1実施例として示す。
ここに示す高精度衛星測位装置用補正データ供給装置はRTCMメッセージ抽出装置3及びRTCMメッセージ分配装置4を有するRTCMメッセージ抽出・分配装置2で構成されている。
【0022】
RTCMメッセージ抽出・分配装置2のRTCMメッセージ抽出装置3にデータ多重番組受信装置1で受信されたVBI,ASC,FM多重データ放送又はデジタルデータ放送番組のデータ放送番組が入力され、その中からRTCMメッセージが抽出され、抽出されたRTCMメッセージがRTCMメッセージ分配装置4に入力される。
【0023】
RTCMメッセージ分配装置4は、DGPSに関するRTCMメッセージとして1〜3,5,7,9,10,14,17及び22、RTKに関するRTCMメッセージとしてRTCMメッセージ18〜21を、DGLOに関するRTCMメッセージとしてRTCMメッセージ31〜36をそれぞれの出力端子に分配出力する。
【0024】
DGPS測位装置5はRTCMメッセージ1〜3,5,7,9,10,14,17及び22から必要なものを取り込み測位データの補正を行う。
DGLO測位装置6はRTCMメッセージ31〜36から必要なものを取り込み測位データの補正を行う。
RTK測位装置7はRTCMメッセージ18〜21から必要なものを取り込み測位データの補正を行う。
また、出力端子は必要ならば全RTCMメッセージに対応して63個にすることも可能である。
【0025】
これらのメッセージのうち、一般の利用者が必要とするメッセージはDGPS補正データ(メッセージタイプ1),GPS基準局位置データ(メッセージタイプ3),高精度GPS基準局位置データ(メッセージタイプ22),非補正のRTK搬送波位相データ(メッセージタイプ18),非補正のRTK擬似距離データ(メッセージタイプ19),GLONASS補正データ(メッセージタイプ31),GLONASS基準局位置データ(メッセージタイプ32)である。
【0026】
以下説明する実施例は現在運用されているGPS及び/又はGLONASSを利用する場合についてのものである。しかし、将来GALILEO等他の衛星測位システムが運用開始されたときには同様な利用が可能であることは無論のことである。
ユーザはRTCMデータ放送を受信し、GPS用あるいはGLONASS用に必要なデータを取り込んで利用する。
【0027】
図4に各衛星測位システムで実際に利用するRTCMメッセージを示す。
この図から明らかなように、メッセージタイプ1のDGPS補正データとメッセージタイプ3のDGPS基準局位置データ,メッセージタイプ18の非補正RTK搬送波位相とメッセージタイプ19の非補正RTK擬似距離とRTCM22の高精度基準局位置,メッセージタイプ31のGLONASS補正データとメッセージタイプ32のGLONASS基準局位置が各々GPS単独の,GLONASS単独の及びGPS+GLONASSを組み合わせた衛星測位システムで利用される。
【0028】
図5に本発明に係る高精度衛星測位装置用補正データ供給装置の第2実施例を示す。
RTCMメッセージはデータ放送によって送られるため、複数のメッセージが同時に送られることはありえず、それぞれのメッセージは所定の順番に従って時系列的に送られる。そのため、一つの出力部から複数のメッセージを出力することが可能である。
そして、このようにすることにより、特定の出力先に適応する複数のメッセージを1つの出力部から出力することができる。
次に、複数のメッセージを1つの出力部から出力する実施例を説明する。
【0029】
この第2実施例ではデータ多重番組からRTCMメッセージ全部を最初に抽出し、さらに抽出されたRTCMメッセージから必要なRTCMメッセージが抽出・分配される。
データ多重番組受信装置1で受信されたVBI,ASC,FM多重データ放送又はデジタルデータ放送番組から高精度衛星測位装置用補正データ供給装置2のRTCMメッセージ抽出装置3でメッセージタイプ1〜63の全てのRTCMメッセージが抽出される。
【0030】
次に、抽出された全てのRTCMメッセージからRTCMメッセージ分配装置4で、DGPS用データとしてメッセージタイプ1のDGPS補正データ及びメッセージタイプ3のDGPS基準局位置データが、DGLO用データとしてメッセージタイプ31のGLONASS補正データ及びメッセージタイプ32のGLONASS基準局位置データが、RTK用データとしてメッセージタイプ18の非補正RTK搬送波位相データ,メッセージタイプ19の非補正RTK擬似距離データ及びメッセージタイプ22の高精度RTK基準局位置データが各々分離される。
【0031】
DGPS用データとして分離されたメッセージタイプ1のDGPS補正データ及びメッセージタイプ3のDGPS基準局位置データはDGPS用データ供給装置8及びDGPS・DGLO共用データ供給装置10に供給され、DGLO用データとして分離されたメッセージタイプ31のGLONASS補正データ及びメッセージタイプ32のGLONASS基準局位置データはDGLO用データ供給装置9及びDGPS・DGLO共用データ供給装置10に供給され、RTK用データとして分離されたメッセージタイプ18の非補正RTK搬送波位相データ,メッセージタイプ19の非補正RTK擬似距離データ及びメッセージタイプ22の高精度RTK基準局位置データはRTK用データ供給装置11に供給される。
【0032】
これらのRTCMメッセージはこれらのデータを必要とする測位装置12であるGPS測位装置13,GLONASS測位装置14,GPS・GLONASS測位装置15に供給される。
本件出願では使用目的に応じてRTCMメッセージを取り出してあるため、それぞれの測位装置を接続することにより、接続された測位装置でのRTCMメッセージが利用可能となる。
【0033】
図6に第2実施例の変形実施例である第3実施例の高精度衛星測位装置用補正データ供給装置を示す。
この第3実施例と第2実施例との差異は第2実施例ではRTCMメッセージ抽出・分配装置20でデータ多重番組受信装置1からRTCMメッセージの全部が一旦抽出され、その後高精度衛星測位装置用補正データ供給装置2のRTCMメッセージ分配装置4で必要なタイプのRTCMメッセージが分配されるのに対し、第3実施例の高精度衛星測位装置用補正データ供給装置ではRTCMメッセージ抽出・分配装置20で必要なタイプのRTCMメッセージがデータ多重番組から直接に抽出・分配される。
その他の要素は第1実施例の高精度衛星測位装置用補正データ供給装置2と共通しているから、再度の説明は省略する。
【0034】
図7に図5の第2実施例のRTCMメッセージ分配装置21の構成例を示す。図7において、データ多重番組受信装置1で受信されたデータ放送番組からRTCMメッセージ抽出装置3で抽出されたメッセージタイプ1〜63の全てのRTCMメッセージはRTCMメッセージ分配装置21のRTCMメッセージ選択・分配装置23に供給される。一方、RTCMメッセージ選択・分配指示装置22から必要とするRTCMメッセージと出力部についての指示がRTCMメッセージ選択・分配装置23に供給される。
【0035】
全てのRTCMメッセージと必要とするRTCMメッセージの出力部についての指示を受け取ったRTCMメッセージ選択・分配装置23は、指示に応じてメッセージタイプ1のDGPS補正データ及びメッセージタイプ3のDGPS基準局位置データをDGPS用データ供給装置8に、メッセージタイプ31のGLONASS補正データ及びメッセージタイプ32のGLONASS基準局位置データをDGLO用データ供給装置9に、メッセージタイプ1のDGPS補正データ,メッセージタイプ3のDGPS基準局位置データ,メッセージタイプ31のGLONASS補正データ及びメッセージタイプ32のGLONASS基準局位置データをDGPS・DGLO用データ供給装置10、メッセージタイプ18の非補正RTK搬送波位相データ,メッセージタイプ19の非補正RTK擬似距離データ及びメッセージタイプ22の高精度RTK基準局位置データをRTK用データ供給装置11に出力する。
【0036】
図8に図7のRTCMメッセージ分配装置24の変形構成例を示す。
図8のRTCMメッセージ分配装置24と図6のRTCMメッセージ分配装置21との差異は、RTCMメッセージ分配装置21ではRTCMメッセージ選択・分配指示装置22からの指示によってRTCMメッセージ選択・分配装置23が必要なRTCMメッセージを選択して分配出力するのに対し、RTCMメッセージ分配装置24ではRTCMメッセージ廃棄・分配指示装置25からの指示によってRTCMメッセージ廃棄・分配装置26が不要なRTCMメッセージを廃棄して分配出力する。
その他の要素はRTCMメッセージ分配装置21と共通しているから、再度の説明は省略する。
【0037】
以上説明した高精度衛星測位装置用補正データ供給装置は様々な形態での実施が可能である。
もっとも基本的な形態はIC等の回路素子を組み合わせて構成するディスクリート型であるが、この他にメザニンボードとしてメインボードに組み込む形態、ハイブリッドあるいはモノリシックICの形態、場合によってはICカードあるいはPCカード等の形態も採りうる。
【0038】
これまでに図3から図8によって説明してきた実施例は現在運用されているGPS及びGLONASSを利用するシステムについてのものである。しかし、近い将来にGALILEOの運用が予定され、さらに他の衛星測位システムの運用も検討されている。そのためにRTCMメッセージタイプ23〜30及び38〜58は現在未定義で使用されていないが、GALILEO及び/又は他の衛星測位システムの運用が行われれば当然に現在未定義であるRTCMメッセージ領域を利用してGPS及びGLONASSの場合と同様なRTCMメッセージが送信されることが予想される。
【0039】
このときにもGPS及びGLONASSによるのと同じ方法及び装置が可能であり、その場合の衛星測位システムとRTCMメッセージとの組み合わせ関係を図9に表で示しておく。この表はGPS及びGLONASSを利用する場合についての説明で用いた図4を拡張して記載してあり、表中「GAL」とあるのはGALILEOであり、「OTH」とあるのはGPS,GLONASS又はGALILEO以外の他の(OTHers)衛星測位システムである。
【0040】
この表はRTCMメッセージとして「DGPSデータ」,「DGLOデータ」及び「RTKデータ」のみを使用しているが、GALILEO及び/又は他の衛星測位システムでも同様なRTCMメッセージが利用可能になれば図9の表をさらに拡張することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】RTCMフレームの説明図。
【図2】RTCMメッセージの説明図。
【図3】本発明の第1実施例。
【図4】各衛星測位システムで利用するRTCMメッセージの説明図。
【図5】本発明の第2実施例。
【図6】本発明の第3実施例。
【図7】RTCMメッセージ分離装置の構成例。
【図8】RTCMメッセージ分離装置の変形構成例。
【図9】RTCMメッセージとの組み合わせ関係。
【符号の説明】
1 データ多重番組受信装置
2,20 RTCMメッセージ抽出・分配装置
3 RTCMメッセージ抽出装置
4 RTCMメッセージ分配装置
5 DGPS測位装置
6 DGLO測位装置
7 RTK測位装置
8 DGPS用データ供給装置
9 DGLO用データ供給装置
10 DGPS・DGLO共用データ供給装置
11 RTK用データ供給装置
12,16 測位装置
13,17 GPS測位装置
14,18 GLONASS測位装置
15,19 GPS・GLONASS測位装置
21,24 RTCMメッセージ分配装置
22 RTCMメッセージ選択・分配指示装置
23 RTCMメッセージ選択・分配装置
25 RTCMメッセージ廃棄・分配指示装置
26 RTCMメッセージ廃棄・分配装置
Claims (8)
- データ多重番組から全てのメッセージタイプの擬似距離補正データ及び搬送波位相データメッセージを抽出する位置補正データメッセージ抽出装置;
前記抽出された全ての位置補正データメッセージから必要なメッセージタイプの位置補正データメッセージを分配する位置補正データメッセージ分配装置;
前記分配された位置補正データメッセージを出力する少なくとも1つの位置補正データメッセージ出力装置を有する:
高精度衛星測位装置用位置補正データ供給装置。 - データ多重番組から
全てのメッセージタイプの位置補正データメッセージを抽出する位置補正データメッセージ抽出装置;
前記抽出された全ての位置補正データメッセージから必要なメッセージタイプの位置補正データメッセージを抽出・分配する位置補正データメッセージ抽出・分配装置;
前記抽出・分配された位置補正データメッセージを出力する少なくとも1つの位置補正データメッセージ出力装置を有する:
高精度衛星測位装置用位置補正データ供給装置。 - 前記位置補正データメッセージ出力装置が、
メッセージタイプ1のDGPS補正データ及びメッセージタイプ3のDGPS基準局位置データを出力する:
請求項1又は請求項2の高精度衛星測位装置用位置補正データ供給装置。 - 前記位置補正データメッセージ出力装置が、
メッセージタイプ31のGLONASS補正データ及びメッセージタイプ32のGLONASS基準局位置データを出力する:
請求項1又は請求項2の高精度衛星測位装置用位置補正データ供給装置。 - 前記位置補正データメッセージ出力装置が、
メッセージタイプ1のDGPS補正データ,メッセージタイプ3のDGPS基準局位置データ,メッセージタイプ31のGLONASS補正データ及びメッセージタイプ32のGLONASS基準局位置データを出力する:
請求項1又は請求項2の高精度衛星測位装置用位置補正データ供給装置。 - 前記位置補正データメッセージ出力装置が、
メッセージタイプ18の非補正RTK搬送波位相データ,メッセージタイプ19の非補正RTK擬似距離データ及びメッセージタイプ22の高精度RTK基準局位置データを出力する:
請求項1又は請求項2の高精度衛星測位装置用位置補正データ供給装置。 - 前記位置補正データメッセージ分配装置が、
必要な位置補正データメッセージの選択・分配を指示する位置補正データメッセージ選択・分配指示部及び前記位置補正データメッセージ選択・分配指示部の選択・分配指示により必要な位置補正データメッセージを選択・分配する位置補正データメッセージ選択・分配部を有する:
請求項1又は請求項2の高精度衛星測位装置用位置補正データ供給装置。 - 前記位置補正データメッセージ分配装置3が、
不要な位置補正データメッセージの廃棄・分配を指示する位置補正データメッセージ廃棄・分配指示部及び前記位置補正データメッセージ選択・分配指示部の選択・分配指示により必要な位置補正データメッセージを選択・分配する位置補正データメッセージ選択・分配部を有する:
請求項1又は請求項2の高精度衛星測位装置用位置補正データ供給装置。
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