JP2004132750A

JP2004132750A - Pseudo satellite system and positioning system using it

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Publication number: JP2004132750A
Application number: JP2002295575A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Aoki; 青木　利幸; Takashi Doi; 土肥　隆志; Kenjiro Fujii; 藤井　健二郎
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2004-04-30

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To surely measure the position even when a positioning object moves at high speed in a positioning system using a pseudo satellite. <P>SOLUTION: A pseudo satellite 110 for dispatching information of an identification code and a transmission time, and a pseudo satellite position information transmission device 120 for transmitting position information of the pseudo satellite are installed on a structure on the ground. Time information of the pseudo satellite and a signal from the pseudo satellite position information transmission device are transmitted to a positioning device 130 on the ground or under the ground. The positioning device calculates the accident position highly accurately at high speed from information from the pseudo satellite, the pseudo satellite position information transmission device and a GPS satellite 140. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、擬似衛星システム及びそれを用いる測位システムに係り、特に人工衛星と擬似衛星から送られる信号に基づいて位置を測定する擬似衛星システム及びそれを用いる測位システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の測位システムの例が、特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載のシステムでは、ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号と擬似衛星から送信されるＧＰＳ信号を選択的に組み合わせて、移動局の位置を検出している。また、基地局から移動局へ補正情報を送る領域を決定している。
【特許文献１】
特開平１１−７２５４８号
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の測位システムでは、擬似衛星は移動局に対してＧＰＳ信号を送信する。このＧＰＳ信号は、５つのサブフレームからなる航法メッセージと、そのメッセージに擬似衛星の位置情報を計算する情報とを有する。そのため、航法メッセージを読み取るのに３０秒程度の時間を要する。例えば、擬似衛星から送信される電波が５００ｍの範囲で受信可能であれば、移動局が時速６０ｋｍ以上で移動すると、航法メッセージを読み取り終える前に擬似衛星の電波が届く範囲を通過するので、擬似衛星の位置情報を得ることができない。
【０００４】
一方、擬似衛星が送信する電波の帯域とＧＰＳ衛星が送信する電波の帯域とが同じであるから、１個のＧＰＳ受信機でＧＰＳ衛星の電波と擬似衛星の電波を受信できる。しかしながら、移動局が擬似衛星に近づくと、擬似衛星の電波が強くなり、ＧＰＳ衛星が送信する弱い電波信号が強い擬似衛星の電波信号に埋没し（サチレーション）、ＧＰＳ衛星の信号を受信できない。
【０００５】
本発明の目的は、測位対象を高速に動かしても位置を確実に測定することにある。本発明の他の目的は、擬似衛星を有する測位システムにおいて、擬似衛星の電波が強くてもＧＰＳ衛星からの電波を受信できるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の特徴は、擬似衛星システムが、地上の構造物に設置され、識別コードと送信時刻の情報を発信する擬似衛星と、この擬似衛星の位置情報を送信する擬似衛星位置情報送信装置とを備え、前記擬似衛星の時刻情報と擬似衛星位置情報送信装置の信号とを地上または地下にある測位装置に送信可能にしたことにある。
【０００７】
そしてこの特徴において、擬似衛星位置情報送信装置を、擬似衛星に設けてもよく、また前記擬似衛星とは別体に設けてもよい。また、擬似衛星は、測位装置が受信するＧＰＳ衛星の受信周波数帯域とは異なる周波数帯域の信号を発信するのが望ましく、擬似衛星は、その擬似衛星の識別コードと送信時刻の情報と位置情報を時系列的に送信するようにしてもよい。
【０００８】
さらにこの特徴において、擬似衛星は、ＧＰＳ衛星が送信するＧＰＳ信号に規格化された信号に、送信時刻情報と位置情報を割り当てて送信するようにしてもよく、擬似衛星位置情報送信装置は、インターネットまたは商用回線を経由して測位装置に擬似衛星の識別コードと位置情報を提供可能であってもよい。さらにまた、擬似衛星を複数個備え、この複数の擬似衛星の中の少なくとも２個は互いの受信範囲が重ならないように配置されているのが望ましい。
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の他の特徴は、地上の構造物に設置された擬似衛星から送信された擬似衛星の識別コードおよび送信時刻の情報と、ＧＰＳ衛星から送信されたこのＧＰＳ衛星の識別コード情報と、位置情報と、送信時刻の情報とを用いて測位装置が位置を測定する測位システムにおいて、測位装置は擬似衛星の位置情報を送信する擬似衛星位置情報送信手段から送信された情報に基づいて擬似衛星の位置を特定し、この特定された擬似衛星の位置情報を用いて自己の位置を求めるものである。そしてこの特徴において、測位装置が、インターネットまたは商用回線を介して擬似衛星位置情報送信手段から送信された情報を受信するようにしてもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のいくつかの実施例を図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る測位システムの一実施例の模式図である。測位システムは、複数のＧＰＳ衛星１４０及び擬似衛星１１０の信号を利用する。擬似衛星１１０の位置を測位装置１３０に知らせるために、擬似衛星位置情報送信装置１２０から擬似衛星１１０の位置が送信される。擬似衛星１１０と擬似衛星位置情報送信装置１２０は別個の建物の屋上に設けられている。
【００１１】
擬似衛星１１０は擬似衛星信号生成手段１１１を備えており、この信号生成手段１１１は、擬似衛星１１０の識別コードである擬似雑音符号と電波を発信した時刻情報を、ＧＰＳ衛星１４０から発信されるＧＰＳ信号の形式に準拠する擬似衛星信号として生成する。生成された信号は、アンテナ、デジタル／アナログ・コンバータおよび増幅器を有する送信手段１１２がアナログ化し、１５７５．４２±２ＭＨｚの擬似衛星信号として送信される。
【００１２】
擬似衛星位置情報送信装置１２０は、擬似衛星位置情報記憶手段１２１と擬似衛星位置情報信号生成手段１２２と送信手段１２３とを備えている。ハードディスクやメモリなどを有する擬似衛星位置情報記憶手段１２１は、擬似衛星位置情報送信装置１２０の電波が届くところよりも広い範囲に設置された複数の擬似衛星１１０の位置情報を格納している。この記憶された複数の擬似衛星１１０位置情報を、ＣＰＵを有する擬似衛星位置情報信号生成手段１２２が読み取り、信号化する。信号化された複数の擬似衛星１１０の位置情報は、アンテナ、デジタル／アナログ・コンバータおよび増幅器を有する送信手段１２３がアナログ化し送信する。
【００１３】
測位装置１３０は、受信手段１３１と位置情報受信手段１３２と擬似衛星位置情報記憶手段１３３と測位手段１３４とを備えている。アンテナ、ＲＦ回路、フィルタ及びアナログ／デジタル・コンバータを備える受信手段１３１は、ＧＰＳ衛星１４０と擬似衛星１１０から送られてくる１５７５．４２±２ＭＨｚの電波を受信し、雑音を除去した後電波に含まれている情報をデジタル信号として検出する。検出された情報は、測位手段１３４に送られる。一方、アンテナ、ＲＦ、フィルタ及びアナログ／デジタル・コンバータを備えた位置情報受信手段１３２は、擬似衛星位置情報送信装置１２０から送信された信号を受信し、雑音を除去するとともにデジタル化する。そして、電波に含まれている擬似雑音符号であるＧＰＳ衛星１４０と擬似衛星１１０の識別コード、電波が送られた時刻情報及びＧＰＳ衛星１４０の位置を計算するための情報を検出する。検出された位置情報は、メモリやハードディスクを有する擬似衛星位置記憶手段１３３に記憶されるとともに、ＣＰＵを有する測位手段１３４に送られる。測位手段１３４は、受信したＧＰＳ衛星１４０と擬似衛星１１０の識別コード、位置情報及び電波が発信された時刻情報に基づいて測位装置１３０自身の位置を計算する。その際、ＧＰＳ衛星１４０あるいは擬似衛星１１０からの距離、および見かけの電波の伝送時間と光速との積である擬似距離との差の絶対値が、最小となる測位装置１３０の位置と受信時刻を計算する。
【００１４】
測位装置１３０が、継続して自己の位置を計測する方法を、図２を用いて説明する。実線の円は、擬似衛星位置情報送信装置１２０Ａ，１２０Ｂの送信限界２０１であり、破線の円は擬似衛星位置情報送信装置１２０Ａ，１２０Ｂの受信限界２０２である。擬似衛星位置情報送信装置１２０Ａからの信号が届く境界付近に測位装置１３０がいて、測位装置１３０がその擬似衛星位置情報送信装置１２０Ａからの信号が届かないところへ移動する場合を考える。測位装置１３０が擬似衛星位置情報送信装置１２０Ａの電波が届くところにいる間に、その擬似衛星位置情報送信装置１２０Ａの電波が届く範囲を超えた範囲に設置した擬似衛星１１０Ｂの位置情報を取得する。擬似衛星位置情報送信装置１２０Ａの圏外に出た測位装置１３０は、すでに擬似衛星１１０Ｂの位置情報を取得しているので、擬似衛星１１０Ｂの信号に基づいて、自己の位置を計測できる。
【００１５】
なお、複数の擬似衛星位置情報送信装置１２０のいずれからも電波の届かない場所ができないように、複数の擬似衛星位置情報送信装置１２０のいずれかが必ずどこかの位置をカバーするようにする。これにより、ある擬似衛星位置情報送信装置１２０Ａの電波が届かない場所に移動しても、他の擬似衛星位置情報送信装置１２０Ｂから近くの擬似衛星１１０の位置情報が得られる。
【００１６】
従来の測位システムでＧＰＳ衛星からの信号のみを利用するものでは、不定期の信号の変化により単独測位で１０ｍ程度が測位限界であったが、本実施例によれば、擬似衛星を併用しているので、数ｃｍの測位精度が得られる。なお、擬似衛星からの電波の帯域としてＧＰＳ信号と同じ１５７５ＭＨｚの帯域を使用しているので、限られた電波帯域を有効に利用することができる。また、ＧＰＳ衛星のみを用いるものでは、４個以上のＧＰＳ衛星からの信号が必要でありビル陰やトンネル等では測定精度が劣化しているが、本実施例では擬似衛星がＧＰＳ衛星の不足を補うことができるので、高精度の測位が可能になる。
【００１７】
本実施例において、時刻情報の補正情報や測位情報を検出する手段を擬似衛星に設け、ＧＰＳ衛星やＧＬＯＮＡＳＳなどの測位情報を発信する人工衛星からの電波を受信するようにすれば、受信した人工衛星からの時刻情報を受信時刻をもとに補正して、高価な時計が無くとも精度の高い時刻情報が得られる。また、擬似衛星に人工衛星信号受信手段を設けてＧＰＳ衛星やＧＬＯＮＡＳＳなどの人工衛星からの電波を受信できるようにすれば、長時間の受信で得た情報から擬似衛星信号生成手段が擬似衛星の位置を測位（静的測位）でき、精度の高い擬似衛星の位置情報が得られる。さらに、精度の高い位置情報に基づいて測位装置が測位すれば、より精度の高い測位が可能となる。
【００１８】
本実施例において、擬似衛星１１０の送信手段１１２の送信周波数を例えば、２．４ＧＨｚあるいは５．８ＧＨｚのような１５７５ＭＨｚ以外の帯域にする。一方、測位装置１３０に擬似衛星の識別コードと時刻情報を検出する擬似衛星用受信手段１３５を設けるとともに、擬似衛星１１０の送信手段の周波数に合った信号を受信するようにすると、擬似衛星１１０と測位装置１３０との距離が短いときに擬似衛星１１０からの受信電波の強度が強くなり過ぎて、ＧＰＳ衛星１１０からの微弱な電波を検出できないという不具合を解消することができる。その際、擬似衛星１１０から送信される電波は識別コードと時刻情報を含んでさえおればよく、ＧＰＳ信号の形式に則っていなくても構わない。そのような信号の例としては、擬似衛星１１０の識別コードと電波を送った時刻情報を時系列的に並べた信号がある。
【００１９】
ところで、擬似衛星信号から擬似衛星１１０の情報を得るには、従来擬似衛星信号をＧＰＳ信号の形式にしていたので、擬似衛星信号の航法メッセージを読み取る必要があった。このメッセージの読み取りには、３０秒程度を要する。擬似衛星１１０から電波が届く範囲が５００ｍより短いときに時速６０ｋｍで移動する車は、３０秒間で５００ｍ移動する。この場合、擬似衛星１１０の電波を受信し始めて擬似衛星１１０の位置情報を得る間に、擬似衛星１１０の電波の届く圏外に出ることになる。したがって、ビル陰やトンネルや橋げたの陰の場所でＧＰＳ衛星１４０を４つ以上捕捉できない場所に測位装置１３０が移動すると、擬似衛星１１０が設置されていても測位ができなくなる事態を生じ、高速移動の測位に対応できなかった。
【００２０】
本実施例では、擬似衛星位置情報送信装置１２０の電波が届く範囲を、例えば携帯電話の電波の帯域の一部を使用して擬似衛星位置情報送信装置１２０からの距離６〜１０ｋｍよりも広い１２〜２０ｋｍに設定するので、擬似衛星１１０の信号から識別コードと時刻情報が得られれば即座に測位できる。したがって、市街地やトンネルなどを測位装置が高速に移動するのに対応できる。
【００２１】
ここで、擬似衛星１１０には、ＧＰＳ衛星１４０の位置を求めるための情報や電離層などの影響を補正する情報は不要である。そこで、ＧＰＳ信号の形式で２つのワードにコードの始まりを表す情報として８ビット、送信時刻の情報として週の番号が１０ビット、１．２秒毎の時刻情報が１９ビット割り当てられている。これにより、４個の擬似衛星を捕捉すれば、１．２秒毎に時刻情報が得られ、高速移動する移動体に十分対応できる。
【００２２】
本実施例において、ＧＰＳ衛星以外のＧＬＯＮＡＳＳなどの人工衛星から、少なくとも衛星の識別コードと電波を送った時刻情報を検出する受信手段を設けると、より多くの情報をもとに測位できる。その結果、測定精度が高くなるとともに、人工衛星を捕捉できる数が増えて信頼性を向上できる。
【００２３】
図３に本発明に係る測位システムの他の実施例を示す。本実施例が図１に示した実施例と異なるのは、擬似衛星と擬似衛星位置情報送信装置とを一体のものとしたことにある。擬似衛星３１０では、人工衛星信号受信手段１１３が受信したＧＰＳ衛星１４０からの信号と、擬似衛星位置情報記憶手段１２１に記憶された擬似衛星３１０の位置情報から擬似衛星信号生成手段３１１が測位装置３２０に送信する信号を作成し、送信手段３１２が送信する。測位装置３２０では、受信手段が受信したＧＰＳ衛星１４０及び擬似衛星の３１０信号と擬似衛星位置情報記憶手段１３３に記憶された擬似衛星３１０の位置情報とを用いて、測位手段が測位装置３２０の位置を測位する。
【００２４】
擬似衛星信号生成手段３１１は、疑似衛星３１０の識別コードである擬似雑音符号および擬似衛星３１０の位置と時刻情報を信号化する。そして、疑似衛星３１０の位置を、ＧＰＳ信号の形式におけるワードに記載する。この例を図４に示す。
【００２５】
図４は、ｃｍオーダーの測位精度を得るためのものである。擬似衛星３１０の位置情報として緯度４０２に３２ビット、高度４０４に２０ビットを割り当てている。また、コードの始まりの情報４０１に８ビット、送信時刻の情報として３秒毎の送信時刻の情報４０５に１８ビット、週につけられた週番号に１０ビットを割り当てている。さらに、ＧＰＳ信号のワード形式で送られた２５ビットの情報をチェックするためのパリティ４０７に、６ビット（５箇所）づつ割り当てる。これにより、ＧＰＳ信号の形式で擬似衛星の情報を送信でき、３秒毎の測位が可能になる。
【００２６】
本実施例によれば、擬似衛星３１０の位置情報は擬似衛星３１０からの信号に含まれているので、擬似衛星３１０の位置情報だけを送信する装置が不要となり、測位システムを安価に構築できる。なお、図１に示した実施例と同様、擬似衛星３１０の電波を受信して擬似衛星３１０の識別コードと時刻情報を検出する擬似衛星用受信手段３２３を、測位装置３２０が有していてもよい。
【００２７】
本実施例において、擬似衛星３１０の識別コードに擬似雑音符号を使用し、擬似衛星３１０の位置情報及び送信時刻の情報を時系列的に並べるデータ形式にすれば、擬似雑音符号の送信時間単位は１ｍ秒であり、コードの始まりを表わす情報（８ビット）、位置情報（３２＋３１＋３０ビット）と送信時刻の情報（２２＋１０ビット）の容量に１２３ビットを要しているので、約０．１５秒ごとに擬似衛星の情報を送信できる。
【００２８】
なお本実施例においては、擬似衛星３１０にその擬似衛星３１０の近くに配置した複数の擬似衛星３１０の識別コードと位置情報を記憶するメモリやハードディスクなどの擬似衛星位置情報記憶手段１２１を設置し、測位装置３２０に擬似衛星３１０の識別コードと位置情報を記憶するメモリやハードディスクなどの擬似衛星位置情報記憶手段１３３を設置している。これにより、測位装置３２０において１個の擬似衛星３１０の信号から他の擬似衛星３１０の信号へと切換えて信号受信しても情報が引き継がれるので、確実に測位できる。すなわち、１個の擬似衛星信号生成手段３１１が自身と他の擬似衛星３１０の送信時刻の情報および位置情報を交互に送り、測位装置３２０の受信手段１３１が他の擬似衛星の送信時刻の情報と位置情報を擬似衛星位置情報記憶手段１３３に格納するようにしている。その結果、擬似衛星位置情報記憶手段１３３に記憶されている擬似衛星３１０の送信時刻の情報と同一の情報が検出されると、即座にこの擬似衛星３１０の識別コードをもとに測位計算する。また、擬似衛星３１０が、１５７５ＭＨｚ以外の擬似衛星の送信時刻の情報と位置情報を時系列的に並べたフォーマットで送信すれば、識別コードを表わす擬似雑音符号の送信単位である１ｍ秒ごとに１ビットを送ることができ、１秒間に８個の擬似衛星の情報を送ることができる。
【００２９】
本発明に係る測位システムのさらに他の実施例を、図５に示す。本実施例が、図１及び図３に示した実施例と異なるのは、擬似衛星の位置情報をインターネット等の回線で得ることにある。インターネットなどの回線５４０に接続されたサーバなどの擬似衛星位置情報提供手段５２０は、アクセスされたネット接続手段５３２へ擬似衛星１１０の識別コードと位置情報を提供する。測位装置５３０は、受信手段１３１と、ネット接続手段５３２と、擬似衛星位置情報記憶手段１３３と、測位手段５３４と、擬似衛星用受信手段１３５とを備えている。擬似衛星用受信手段１３５は無くともよい。
【００３０】
携帯電話やＰＨＳなどのネット接続手段５３２は、インターネットなどの回線５４０を経由して、擬似衛星位置情報提供手段５３０に接続される。そして、測位装置５３０の近くにある擬似衛星１１０の識別コードと位置情報を得る。すなわち、ネット接続手段５３２は、擬似衛星位置情報提供手段５２０に測位装置５３０の位置情報を送るとともに、測位装置５３０の近くに設置されている擬似衛星１１０の識別コードと位置情報を要求する。擬似衛星位置情報提供手段１３３は、ネット接続手段５３２に測位装置５３０の近くに設置されている擬似衛星１１０を検索し、それらの識別コード及び位置情報を送信する。ネット接続手段５３２は、擬似衛星位置情報提供手段５２０から得た測位装置５３０の近くにある擬似衛星１１０の識別コードと位置情報を受け取り、擬似衛星位置情報記憶手段１３３に送る。
【００３１】
以上の各実施例に示した測位装置をブルトーザやクレーンなどの産業用工事車に搭載し、自動運転装置により自動運転すれば、穴掘り等の作業場所に作業車を自動誘導できる。自動誘導により、災害地の復旧作業等の作業員の近づきにくい作業に工事車を利用できる。また、乗用車に上述した測位装置と自動運転装置を搭載すれば、乗用車を自動誘導できる。
【００３２】
また、道路の近傍に送受信可能な通信装置を設置し、上記各実施例に記載の測位装置を乗用車に搭載すると、交通事故の未然防止が可能になる。すなわち、乗用車が交差点に差し掛かったときに乗用車は検出した現在の位置情報から交差点であることを知る。そこで、自車の情報を交差点に設置された通信装置に連絡する。通信装置の制御装置は、交差点及びその周辺に設置された通信装置からこの乗用車の存在を知らせる信号を出し、他車に知らせる。これにより、交差点での出会い頭の事故等を防止できる。
【００３３】
さらに上記各実施例に示した測位装置が測位情報の送信手段を備えれば、防災監視に利用できる。すなわち、大雨時にがけ崩れが起こりそうな場所に測位装置を設置しておき、離れた場所から測位装置の発信情報を受信し続けることにより、防災監視に役立てる。増水したときの架橋や崩れそうな建物などにこの測位装置を設置すれば、同様な効果が得られる。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、擬似衛星の位置情報を擬似衛星から直接または補助手段から得るので、ＧＰＳ衛星の信号と擬似衛星の信号とを組み合わせることにより、測位装置の位置を高速でかつ高精度に求めることができる。したがって、測位装置がトンネルやビル陰等を移動するときにも、高精度に位置情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る測位システムの一実施例の模式図である。
【図２】擬似衛星による受信を説明する図である。
【図３】本発明に係る測位システムの他の実施例の模式図である。
【図４】擬似衛星が送信する信号の内容を説明する図である。
【図５】本発明に係る測位システムのさらに他の実施例の模式図である。
【符号の説明】
１１０…擬似衛星、１２０…擬似衛星位置情報送信装置、１３０…測位装置、２０１…擬似衛星位置情報送信装置の送信範囲、２０２…擬似衛星位置情報送信装置の受信範囲、３１０…擬似衛星、３２０…擬似衛星位置情報送信装置、３３０…測位装置、４０１…サブフレームの始まりを表わすコード、４０２…サブフレームＩＤ、４０３…電波を送信した時間情報、４０４…擬似衛星の設置緯度、４０５…擬似衛星の設置経度、４０６…擬似衛星の設置高度、５２０…擬似衛星位置情報提供手段、５３０…測位装置。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a pseudolite system and a positioning system using the same, and more particularly, to a pseudolite system that measures a position based on signals transmitted from artificial satellites and pseudolites, and a positioning system using the same.
[0002]
[Prior art]
An example of a conventional positioning system is described in Patent Document 1. In the system described in Patent Document 1, the position of a mobile station is detected by selectively combining a GPS signal transmitted from a GPS satellite and a GPS signal transmitted from a pseudolite. Also, an area for transmitting correction information from the base station to the mobile station is determined.
[Patent Document 1]
JP-A-11-72548 [0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the positioning system described in Patent Document 1, the pseudo satellite transmits a GPS signal to the mobile station. The GPS signal includes a navigation message including five subframes and information for calculating position information of the pseudolite in the message. Therefore, it takes about 30 seconds to read the navigation message. For example, if the radio wave transmitted from the pseudo satellite can be received within a range of 500 m, and the mobile station moves at a speed of 60 km / h or more, the mobile station passes through the range where the radio wave of the pseudo satellite reaches before reading the navigation message. I cannot get satellite position information.
[0004]
On the other hand, since the band of the radio wave transmitted by the pseudo satellite and the band of the radio wave transmitted by the GPS satellite are the same, one GPS receiver can receive the radio wave of the GPS satellite and the radio wave of the pseudo satellite. However, when the mobile station approaches the pseudo satellite, the radio wave of the pseudo satellite becomes stronger, the weak radio signal transmitted by the GPS satellite is buried in the radio signal of the strong pseudo satellite (saturation), and the signal of the GPS satellite cannot be received.
[0005]
An object of the present invention is to reliably measure a position even when a positioning target is moved at high speed. It is another object of the present invention to enable a positioning system having a pseudo satellite to receive a radio wave from a GPS satellite even if the radio wave of the pseudo satellite is strong.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A feature of the present invention to achieve the above object is that a pseudo satellite system is installed on a terrestrial structure and transmits a pseudo satellite transmitting identification code and transmission time information, and a pseudo satellite transmitting position information of the pseudo satellite. A satellite position information transmitting device is provided, and the time information of the pseudo satellite and the signal of the pseudo satellite position information transmitting device can be transmitted to a positioning device on the ground or under the ground.
[0007]
In this feature, the pseudo satellite position information transmitting device may be provided on the pseudo satellite, or may be provided separately from the pseudo satellite. Further, it is desirable that the pseudo satellite transmit a signal in a frequency band different from the reception frequency band of the GPS satellite received by the positioning device, and the pseudo satellite transmits the identification code of the pseudo satellite, transmission time information, and position information. You may make it transmit in time series.
[0008]
Furthermore, in this feature, the pseudo satellite may allocate the transmission time information and the position information to the signal standardized to the GPS signal transmitted by the GPS satellite, and transmit the signal. Alternatively, the identification code and the position information of the pseudo satellite may be provided to the positioning device via a commercial line. Furthermore, it is preferable that a plurality of pseudo satellites are provided, and at least two of the plurality of pseudo satellites are arranged so that their reception ranges do not overlap with each other.
[0009]
Another feature of the present invention to achieve the above object is that a pseudo satellite identification code and transmission time information transmitted from a pseudo satellite installed on a terrestrial structure, and a GPS satellite transmitted from a GPS satellite In the positioning system in which the positioning device measures the position using the identification code information, the position information, and the transmission time information, the positioning device transmits the position information of the pseudo satellite from the pseudo satellite position information transmitting unit. The position of the pseudo satellite is specified based on the information, and the position of the pseudo satellite is obtained using the position information of the specified pseudo satellite. In this aspect, the positioning device may receive the information transmitted from the pseudo satellite position information transmitting means via the Internet or a commercial line.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of one embodiment of a positioning system according to the present invention. The positioning system uses signals from a plurality of GPS satellites 140 and pseudolites 110. In order to notify the positioning device 130 of the position of the pseudo satellite 110, the position of the pseudo satellite 110 is transmitted from the pseudo satellite position information transmitting device 120. The pseudo satellite 110 and the pseudo satellite position information transmitting device 120 are provided on the roof of a separate building.
[0011]
The pseudo satellite 110 is provided with a pseudo satellite signal generating means 111. The signal generating means 111 transmits a pseudo noise code, which is an identification code of the pseudo satellite 110, and time information when the radio wave was transmitted, to a GPS satellite 140 transmitted from a GPS satellite 140. It is generated as a pseudo satellite signal conforming to the signal format. The generated signal is converted into an analog signal by a transmitting unit 112 having an antenna, a digital / analog converter, and an amplifier, and transmitted as a 1575.42 ± 2 MHz pseudo satellite signal.
[0012]
The pseudo satellite position information transmission device 120 includes a pseudo satellite position information storage unit 121, a pseudo satellite position information signal generation unit 122, and a transmission unit 123. The pseudo satellite position information storage unit 121 having a hard disk, a memory, and the like stores the position information of a plurality of pseudo satellites 110 installed in a wider range than the radio wave of the pseudo satellite position information transmitting device 120 reaches. The stored pseudo-satellite 110 position information is read by the pseudo-satellite position information signal generating means 122 having a CPU and converted into a signal. The transmitting means 123 having an antenna, a digital / analog converter and an amplifier converts the signalized position information of the plurality of pseudo satellites 110 into an analog signal and transmits the analog signal.
[0013]
The positioning device 130 includes a receiving unit 131, a position information receiving unit 132, a pseudo satellite position information storage unit 133, and a positioning unit 134. The receiving unit 131 including an antenna, an RF circuit, a filter, and an analog / digital converter receives the radio wave of 1575.42 ± 2 MHz transmitted from the GPS satellite 140 and the pseudo satellite 110, and after removing the noise, includes the radio wave in the radio wave. The detected information is detected as a digital signal. The detected information is sent to the positioning means 134. On the other hand, a position information receiving unit 132 including an antenna, an RF, a filter, and an analog / digital converter receives the signal transmitted from the pseudo satellite position information transmitting device 120, removes noise, and digitizes the signal. Then, identification codes of the GPS satellites 140 and the pseudo satellites 110, which are pseudo noise codes included in the radio waves, time information when the radio waves are transmitted, and information for calculating the position of the GPS satellites 140 are detected. The detected position information is stored in a pseudo-satellite position storage unit 133 having a memory and a hard disk, and sent to a positioning unit 134 having a CPU. The positioning means 134 calculates the position of the positioning device 130 itself based on the received identification codes of the GPS satellites 140 and the pseudo satellites 110, the position information, and the time information at which the radio wave was transmitted. At this time, the position and the reception time of the positioning device 130 at which the absolute value of the distance from the GPS satellite 140 or the pseudo satellite 110 and the pseudo value that is the product of the transmission time of the apparent radio wave and the speed of light are minimized calculate.
[0014]
A method in which the positioning device 130 continuously measures its own position will be described with reference to FIG. The solid circle represents the transmission limit 201 of the pseudo satellite position information transmitters 120A and 120B, and the broken circle represents the reception limit 202 of the pseudo satellite position information transmitters 120A and 120B. It is assumed that the positioning device 130 is located near the boundary where the signal from the pseudo satellite position information transmitting device 120A reaches, and the positioning device 130 moves to a position where the signal from the pseudo satellite position information transmitting device 120A does not reach. While the positioning device 130 is in a position where the radio wave of the pseudo satellite position information transmitting device 120A reaches, the position information of the pseudo satellite 110B installed in a range beyond the range of the radio wave of the pseudo satellite position information transmitting device 120A is acquired. . Since the positioning device 130 that has gone out of the service area of the pseudo satellite position information transmitting device 120A has already acquired the position information of the pseudo satellite 110B, it can measure its own position based on the signal of the pseudo satellite 110B.
[0015]
It should be noted that any of the plurality of pseudo satellite position information transmitting devices 120 must cover some position so that there is no place where radio waves cannot reach from any of the plurality of pseudo satellite position information transmitting devices 120. Accordingly, even if the user moves to a place where the radio wave of a certain pseudo satellite position information transmitting device 120A does not reach, the position information of the nearby pseudo satellite 110 can be obtained from another pseudo satellite position information transmitting device 120B.
[0016]
In the conventional positioning system using only signals from GPS satellites, the positioning limit is about 10 m in single positioning due to irregular signal changes. However, according to the present embodiment, a pseudo satellite is used together. As a result, positioning accuracy of several cm can be obtained. Since the same band of 1575 MHz as that of the GPS signal is used as the band of the radio wave from the pseudo satellite, a limited radio band can be effectively used. In the case of using only the GPS satellites, signals from four or more GPS satellites are required, and the measurement accuracy is deteriorated in the shadow of a building or in a tunnel. Since it is possible to compensate, high-precision positioning is possible.
[0017]
In this embodiment, if a means for detecting time information correction information or positioning information is provided in a pseudo satellite and a radio wave from an artificial satellite that transmits positioning information such as a GPS satellite or GLONASS is received, the received artificial The time information from the satellite is corrected based on the reception time, so that highly accurate time information can be obtained without an expensive clock. Further, if artificial satellite signal receiving means is provided in the pseudo satellite so that radio waves from artificial satellites such as GPS satellites and GLONASS can be received, the pseudo satellite signal generating means can generate the pseudo satellite from information obtained by long-time reception. Positioning (static positioning) can be performed, and highly accurate pseudolite position information can be obtained. Furthermore, if the positioning device performs positioning based on highly accurate position information, more accurate positioning becomes possible.
[0018]
In this embodiment, the transmission frequency of the transmission means 112 of the pseudo satellite 110 is set to a band other than 1575 MHz, such as 2.4 GHz or 5.8 GHz. On the other hand, when the positioning device 130 is provided with the pseudo satellite receiving means 135 for detecting the identification code and the time information of the pseudo satellite and receiving a signal matching the frequency of the transmitting means of the pseudo satellite 110, When the distance from the positioning device 130 is short, the strength of the radio wave received from the pseudo satellite 110 becomes too strong, so that it is possible to solve the problem that a weak radio wave from the GPS satellite 110 cannot be detected. At this time, the radio wave transmitted from the pseudo satellite 110 only needs to include the identification code and the time information, and does not have to conform to the format of the GPS signal. As an example of such a signal, there is a signal in which the identification code of the pseudo satellite 110 and the time information when the radio wave is transmitted are arranged in time series.
[0019]
By the way, in order to obtain the information of the pseudo satellite 110 from the pseudo satellite signal, since the pseudo satellite signal was conventionally in the form of the GPS signal, it was necessary to read the navigation message of the pseudo satellite signal. It takes about 30 seconds to read this message. A car that moves at a speed of 60 km / h when the range where radio waves can reach from the pseudo satellite 110 is shorter than 500 m moves 500 m in 30 seconds. In this case, while receiving the position information of the pseudo satellite 110 after starting to receive the radio wave of the pseudo satellite 110, the user goes out of the area where the radio wave of the pseudo satellite 110 reaches. Therefore, if the positioning device 130 moves to a place where four or more GPS satellites 140 cannot be captured in a place behind a building or a tunnel or a bridge, positioning may not be possible even if the pseudo satellite 110 is installed, and high-speed movement may occur. Could not respond to positioning.
[0020]
In the present embodiment, the range over which the radio wave of the pseudo satellite position information transmitting device 120 can reach is, for example, wider than a distance of 6 to 10 km from the pseudo satellite position information transmitting device 120 by using a part of the radio wave band of the mobile phone. Since the distance is set to ２０20 km, if the identification code and the time information can be obtained from the signal of the pseudo satellite 110, the positioning can be performed immediately. Therefore, it is possible to cope with a high-speed movement of the positioning device in an urban area, a tunnel, or the like.
[0021]
Here, the pseudo satellite 110 does not require information for determining the position of the GPS satellite 140 or information for correcting the influence of the ionosphere and the like. Therefore, two bits are allocated to two words in the form of a GPS signal as information indicating the beginning of a code, 10 bits as a week number as transmission time information, and 19 bits as time information every 1.2 seconds. As a result, if four pseudo satellites are captured, time information can be obtained every 1.2 seconds, which can sufficiently cope with a moving object moving at high speed.
[0022]
In this embodiment, if a receiving means for detecting at least the satellite identification code and the time information at which the radio wave was transmitted from an artificial satellite such as GLONASS other than the GPS satellite is provided, positioning can be performed based on more information. As a result, the measurement accuracy is increased, and the number of satellites that can be captured is increased, so that reliability can be improved.
[0023]
FIG. 3 shows another embodiment of the positioning system according to the present invention. This embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that the pseudo satellite and the pseudo satellite position information transmitting device are integrated. In the pseudo satellite 310, the pseudo satellite signal generation unit 311 determines the position of the positioning device 320 from the signal from the GPS satellite 140 received by the artificial satellite signal receiving unit 113 and the position information of the pseudo satellite 310 stored in the pseudo satellite position information storage unit 121. The transmission means 312 creates a signal to be transmitted. The positioning device 320 uses the GPS satellite 140 and pseudo satellite 310 signals received by the receiving device and the position information of the pseudo satellite 310 stored in the pseudo satellite position information storage 133 to determine the position of the positioning device 320. Positioning.
[0024]
The pseudo satellite signal generation unit 311 converts the pseudo noise code, which is the identification code of the pseudo satellite 310, and the position and time information of the pseudo satellite 310 into a signal. Then, the position of the pseudolite 310 is described in a word in the form of a GPS signal. This example is shown in FIG.
[0025]
FIG. 4 is for obtaining positioning accuracy on the order of cm. 32 bits are assigned to the latitude 402 and 20 bits are assigned to the altitude 404 as position information of the pseudo satellite 310. Also, 8 bits are assigned to the information 401 at the beginning of the code, 18 bits are assigned to the transmission time information 405 every 3 seconds as the transmission time information, and 10 bits are assigned to the week number assigned to the week. Further, 6 bits (5 places) are assigned to the parity 407 for checking the 25-bit information transmitted in the word format of the GPS signal. As a result, information on the pseudo satellite can be transmitted in the form of a GPS signal, and positioning can be performed every three seconds.
[0026]
According to this embodiment, since the position information of the pseudo satellite 310 is included in the signal from the pseudo satellite 310, a device that transmits only the position information of the pseudo satellite 310 is not required, and the positioning system can be constructed at low cost. Note that, similarly to the embodiment shown in FIG. 1, even if the positioning device 320 has the pseudo satellite receiving means 323 for receiving the radio wave of the pseudo satellite 310 and detecting the identification code and the time information of the pseudo satellite 310. Good.
[0027]
In this embodiment, if the pseudo noise code is used as the identification code of the pseudo satellite 310 and the data format in which the position information and the transmission time information of the pseudo satellite 310 are arranged in time series, the transmission time unit of the pseudo noise code is 1 ms, and 123 bits are required for the capacity of the information (8 bits) indicating the beginning of the code, the position information (32 + 31 + 30 bits) and the transmission time information (22 + 10 bits). Information on pseudo satellites can be transmitted.
[0028]
In this embodiment, the pseudo satellite 310 is provided with pseudo satellite position information storage means 121 such as a memory or a hard disk for storing identification codes and position information of a plurality of pseudo satellites 310 arranged near the pseudo satellite 310, The positioning device 320 is provided with a pseudo satellite position information storage unit 133 such as a memory or a hard disk for storing an identification code and position information of the pseudo satellite 310. As a result, even if the positioning device 320 switches from the signal of one pseudo satellite 310 to the signal of another pseudo satellite 310 and receives the signal, the information is carried over, so that the positioning can be performed reliably. That is, one pseudo satellite signal generation unit 311 alternately sends the transmission time information and position information of itself and another pseudo satellite 310, and the reception unit 131 of the positioning device 320 transmits the transmission time information and other pseudo satellite information of another pseudo satellite. The position information is stored in the pseudo satellite position information storage means 133. As a result, when the same information as the transmission time information of the pseudo satellite 310 stored in the pseudo satellite position information storage unit 133 is detected, the positioning is immediately calculated based on the identification code of the pseudo satellite 310. Also, if the pseudo satellite 310 transmits the information of the transmission time and the position information of the pseudo satellite other than 1575 MHz in a time-sequential format, 1 for every 1 msec which is the transmission unit of the pseudo noise code representing the identification code. Bits can be sent and information on eight pseudolites can be sent per second.
[0029]
FIG. 5 shows still another embodiment of the positioning system according to the present invention. This embodiment is different from the embodiments shown in FIGS. 1 and 3 in that the position information of the pseudo satellite is obtained through a line such as the Internet. A pseudo satellite position information providing unit 520 such as a server connected to a line 540 such as the Internet provides the accessed identification code and position information of the pseudo satellite 110 to the net connection unit 532. The positioning device 530 includes a receiving unit 131, a network connection unit 532, a pseudo satellite position information storage unit 133, a positioning unit 534, and a pseudo satellite receiving unit 135. The pseudo satellite receiving means 135 may not be provided.
[0030]
The network connection means 532 such as a mobile phone or PHS is connected to the pseudo satellite position information providing means 530 via a line 540 such as the Internet. Then, the identification code and position information of the pseudo satellite 110 near the positioning device 530 are obtained. That is, the network connection unit 532 sends the position information of the positioning device 530 to the pseudo satellite position information providing unit 520, and requests the identification code and the position information of the pseudo satellite 110 installed near the positioning device 530. The pseudo satellite position information providing unit 133 searches the network connection unit 532 for the pseudo satellites 110 installed near the positioning device 530, and transmits their identification code and position information. The network connection unit 532 receives the identification code and the position information of the pseudo satellite 110 near the positioning device 530 obtained from the pseudo satellite position information providing unit 520, and sends them to the pseudo satellite position information storage unit 133.
[0031]
If the positioning device shown in each of the above embodiments is mounted on an industrial construction vehicle such as a bulldozer or a crane and automatically operated by an automatic driving device, the work vehicle can be automatically guided to a work site such as a digging operation. By automatic guidance, the construction vehicle can be used for work that is difficult for workers to access, such as restoration work in disaster areas. Also, if the above-described positioning device and automatic driving device are mounted on a passenger car, the passenger car can be automatically guided.
[0032]
If a communication device capable of transmission and reception is installed near a road and the positioning device described in each of the above embodiments is mounted on a passenger car, it is possible to prevent a traffic accident from occurring. That is, when the passenger car approaches the intersection, the passenger car knows that it is an intersection from the detected current position information. Then, the information of the own vehicle is communicated to the communication device installed at the intersection. The control device of the communication device outputs a signal indicating the presence of the passenger car from the communication device installed at the intersection and its surroundings to notify other vehicles. As a result, it is possible to prevent an accident or the like at an intersection at an intersection.
[0033]
Further, if the positioning device shown in each of the above embodiments is provided with a positioning information transmitting means, it can be used for disaster prevention monitoring. That is, the positioning device is installed in a place where collapse is likely to occur during heavy rain, and the transmission information of the positioning device is continuously received from a distant location, which is useful for disaster prevention monitoring. The same effect can be obtained by installing this positioning device in a building that is likely to collapse or collapse when the water is increased.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the position information of the pseudo satellite is obtained directly from the pseudo satellite or from the auxiliary means, the position of the positioning device can be quickly set by combining the signal of the GPS satellite and the signal of the pseudo satellite. And it can be obtained with high accuracy. Therefore, even when the positioning device moves in a tunnel, behind a building, or the like, position information can be obtained with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of a positioning system according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating reception by a pseudolite.
FIG. 3 is a schematic diagram of another embodiment of the positioning system according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating the contents of a signal transmitted by a pseudolite.
FIG. 5 is a schematic diagram of still another embodiment of the positioning system according to the present invention.
[Explanation of symbols]
110: pseudo satellite, 120: pseudo satellite position information transmitting device, 130: positioning device, 201: transmission range of pseudo satellite position information transmitting device, 202: reception range of pseudo satellite position information transmitting device, 310: pseudo satellite, 320 ... Pseudo-satellite position information transmitting device, 330: positioning device, 401: code indicating the start of a subframe, 402: subframe ID, 403: time information of radio wave transmission, 404: latitude of installation of a pseudo-satellite, 405: pseudo-satellite Installation longitude, 406: installation altitude of the pseudo satellite, 520: pseudo satellite position information providing means, 530: positioning device.

Claims

A pseudo-satellite, which is installed on a terrestrial structure and transmits identification code and transmission time information; and a pseudo-satellite position information transmitting device for transmitting position information of the pseudo-satellite. A pseudo satellite system characterized in that a signal from a position information transmitting device and a positioning device on the ground or under the ground can be transmitted.

The pseudo satellite system according to claim 1, wherein the pseudo satellite position information transmitting device is provided in the pseudo satellite.

The pseudo satellite system according to claim 1, wherein the pseudo satellite position information transmitting device is provided separately from the pseudo satellite.

The pseudo satellite system according to claim 1, wherein the pseudo satellite transmits a signal in a frequency band different from a reception frequency band of a GPS satellite received by the positioning device.

The pseudo satellite system according to claim 2, wherein the pseudo satellite transmits the identification code of the pseudo satellite, information of transmission time, and position information in a time series.

2. The pseudo satellite system according to claim 1, wherein the pseudo satellite allocates transmission time information and position information to a signal standardized to a GPS signal transmitted by a GPS satellite and transmits the signal. 3.

The pseudo satellite system according to claim 1, wherein the pseudo satellite position information transmitting device is capable of providing a pseudo satellite identification code and position information to a positioning device via the Internet or a commercial line.

The pseudo satellite system according to claim 1, wherein a plurality of the pseudo satellites are provided, and at least two of the plurality of pseudo satellites are arranged so that their reception ranges do not overlap with each other.

A pseudo satellite identification code and transmission time information transmitted from a pseudo satellite installed on a terrestrial structure, an identification code information of this GPS satellite transmitted from a GPS satellite, position information, and transmission time information; In the positioning system in which the positioning device measures the position by using the positioning device, the positioning device specifies the position of the pseudo satellite based on the information transmitted from the pseudo satellite position information transmitting unit that transmits the position information of the pseudo satellite. A positioning system characterized in that its own position is obtained by using the obtained pseudo satellite information.

The positioning system according to claim 9, wherein the positioning device receives information transmitted from the pseudo satellite position information transmitting unit via the Internet or a commercial line.