JP2004205525A - Satellite positioning system, ground station thereof, and ground terminal thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem wherein the constitution of a terminal gets complicated since a D-GPS requires a GPS antenna for receiving a radio wave from a satellite, and an antenna for receiving an FM radio wave therefrom. <P>SOLUTION: Orbital information of the satellite is transmitted to the terminal 103, including error information in a radio signal from the satellite 101. An orbital calculating device 104 and a positioning error estimating device 105 including a function parameter of a positioning error are provided in a ground station 102, and data from the two devices are composed and encoded to be transmitted from a transmitter 106 to the satellite 101. The data are interpreted to conduct positioning calculation including error correction calculation in the terminal 103. The positioning error is calculated area by area, based on a data of meteorological information or the like. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention relates to a satellite positioning system that performs positioning using geostationary satellites and orbiting satellites, and a ground station and a ground terminal thereof.

衛星を用いた測位システムとして代表的なものにGPS(Global Positioning System)がある。GPS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。   A typical positioning system using a satellite is a GPS (Global Positioning System). GPS usually arranges 24 satellites so that it can be serviced anywhere on the earth, and performs positioning by obtaining signals from the satellites. A satellite used in GPS can transmit an accurate radio wave transmission time from a satellite to a ground station by mounting an atomic clock. The distance between the satellite and the ground station is calculated from the accurate time and the reception time at the ground station, and the position on the ground is calculated based on the distance.

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、1989)。   When a radio wave is transmitted from a satellite to a ground station, the radio wave has a delay amount represented by a delay in the ionosphere or a delay in the atmosphere. The amount of delay in the ionosphere can be removed by using two frequencies as shown below (edited by the Geodetic Society of Japan, -GPS-Global Positioning System, 1989).

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。   The delay of the group velocity of microwaves (the velocity at which wave energy is transmitted) in the ionosphere is expressed by equation (1).

Figure 2004205525
Figure 2004205525

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。 Here, X is a critical frequency of the ionosphere and an amount determined by a distance through which radio waves pass, τ GD is a delay (s) of a group velocity of microwaves, and f is a frequency of a carrier wave. The difference between the delays of the L1 and L2 bands used in the GPS is given by equation (2).

Figure 2004205525
Figure 2004205525

ただし、f1、f2:L1帯とL2帯の周波数(Hz)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。 Here, f 1 and f 2 are frequencies (Hz) of the L1 band and the L2 band. Since f 1 and f 2 are known in the case of GPS, the correct distance R corrected for the ionosphere is given by equation (3).

Figure 2004205525
Figure 2004205525

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。 Here, R L1 and R L2 are distances measured in L1 and L2 bands before ionospheric delay is corrected, and R is a true distance.

一方、測位誤差を低減する別の方法にDGPS(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FM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。   On the other hand, there is DGPS (Differential-GPS) as another method for reducing the positioning error. In this method, a GPS signal is received at a location whose position is accurately known in advance, an error is calculated from a position obtained by GPS and a true position, and this error value is calculated as an FM radio wave different from a radio wave from a GPS satellite. And send it to the terminal. Due to the simple method, operation has been started in many places as an actual system.

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−GPS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FM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。   The conventional technology has the following problems. In order to correct the positioning error due to the ionospheric delay, two types of frequencies are required, which complicates the internal configuration of the terminal device. In order to solve this, there is D-GPS described above, but D-GPS requires both a GPS antenna for receiving radio waves from satellites and an antenna for receiving FM radio waves. It gets complicated. In addition, there are many areas where FM radio waves do not reach in Japan, and when a terminal attempts to perform positioning in that area, there is a disadvantage that positioning accuracy is reduced.

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。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and to provide a satellite positioning system that can obtain the same positioning accuracy anywhere, with an inexpensive and simple configuration, and a ground station and a terminal thereof.

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。   According to the present invention, in order to achieve the above object, a radio signal transmitted from a satellite to a terminal is transmitted to the terminal including orbit information of the satellite and error information. For this purpose, the orbit calculation device and the terminal in the ground station interpret the data and perform positioning calculation and error correction calculation. Further, in order to improve the positioning accuracy, the error information described above, not only the absolute value of the positioning error amount, based on the device location where there is a terminal performing positioning, a function for calculating the positioning error with a precise model Include parameters. A positioning error estimating device for performing this is provided in the ground station. In addition, an orbit calculation device for calculating the orbit of the satellite is provided in the ground station, and an encoding device for combining and encoding data from these two devices is provided in the ground station. Further, a positioning terminal capable of performing accurate positioning calculation from such satellite orbit data and error parameters is provided.

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。   By using the positioning calculation system of the present invention, an antenna for receiving an FM radio wave, which has been required for performing high-precision positioning, becomes unnecessary, so that an in-vehicle information device having a simple device configuration can be developed.

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。   An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a system configuration of the present invention, which includes artificial satellites 101-a to 101-n, a ground station 102, and a terminal 103. The artificial satellites 101-a to 101-n are provided with a number of satellites from a terminal that performs positioning, so that four or more satellites can be supplemented when performing three-dimensional positioning and three or more satellites when performing two-dimensional positioning. Need to be secured. The artificial satellite is a general satellite having a receiving antenna, a transmitting antenna, and a transponder. Satellites can be geostationary or orbiting satellites. In particular, since a long elliptical orbit satellite is suitable for positioning at a terminal mounted on a mobile body, there is no problem even if a long elliptical orbit satellite is used as an artificial satellite.

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。   The ground station 102 includes an orbit calculator 104 for calculating a satellite orbit of each satellite at an arbitrary time, a positioning error estimator 105 for estimating a positioning error between each satellite and a reception position, output data from the orbit calculator 104, and a positioning error. The transmission device 106 multiplexes and encodes the data from the estimation device 105 so as to be carried on radio waves, and transmits the data to the satellite.

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。   Next, each device in FIG. 1 will be described. The orbit calculation device 104 calculates 101-a to 101 at each time from the Kepler orbital elements of the satellite performing the positioning (orbital plane inclination angle, ascending intersection RA, orbital long radius, orbital eccentricity, perigee argument, average near store off angle). The position in the orbit of the satellite up to −n is calculated in a predetermined coordinate system.

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。   As shown in FIG. 2, the positioning error estimating device 105 includes a weather information providing device 201, an encoding device 202, a region dividing device 203, a reference clock 204, and a parameter calculating device 205. These devices are connected as shown. Data collected by the weather information providing device 201 is sent to the region dividing device 203 and the parameter estimating device 205. FIG. 3 shows an example of division by the region dividing device 203.

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。   FIG. 3 is a conceptual diagram in which the whole of Japan at a certain point in time is divided using the information on the humidity distribution, which is one of the information from the weather information providing device 201, for the Japan 301. Here, the division is performed based on the atmospheric pressure distribution, the temperature distribution, and the weather distribution which influence the positioning error, and is performed based on the latitude and longitude information of the area. Further, the division may be performed based on other geographical conditions (plain area, urban area, mountain area, etc.). This area division may be updated at a constant cycle according to the situation of weather change.

分割の結果、たとえば図3中の地域302、303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。   As a result of the division, for example, regions 302 and 303 in FIG. 3 have error parameters specific to the region at an arbitrary time, for example, ionospheric delay error, tropospheric delay error, Doppler generated between satellite and receiver. A delay error due to the effect will be assigned.

パラメータ推定装置205では地域分割装置203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。   The parameter estimation device 205 obtains an error parameter at a representative point for each region divided by the region division device 203. Here, the error parameter means a delay error occurring in the air before the signal from the satellite reaches the ground, or a parameter of an equation describing the delay error, or an estimated value of a positioning error generated in the terminal. . It is also possible to add a parameter describing a system error typified by a positioning error due to other atmospheric noises to the error parameter. Generally, the above error parameters are affected by weather phenomena such as elevation angle when looking up the satellite from the terminal, density of water vapor contained in the atmosphere, temperature and air pressure at the terminal point. That is, since these values differ depending on the region where the positioning is performed, an error parameter for each region is required.

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。   In obtaining these error parameters, an embodiment of a calculation method for the ionospheric delay error, the tropospheric delay error, and the Doppler delay error will be described below.

(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。
(A) Ionospheric delay error The input variables are the approximate latitude of the user: Φ u , the approximate longitude of the user: λ u , the elevation with the satellite (elevation angle): E, the azimuth with the satellite (azimuth angle): A, Constants sent from satellites: α, β.

(1)地球中心座標ψを(4)式により計算する。   (1) The earth center coordinate 中心 is calculated by the equation (4).

Figure 2004205525
Figure 2004205525

(2)準電離層緯度ΦIを(5)式により求める。 (2) The quasi-ionospheric latitude Φ I is obtained by the equation (5).

Figure 2004205525
Figure 2004205525

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。 If Φ I > +0.416, Φ I = + 0.416, and if Φ I <−0.416, Φ I = −0.416.

(3)準電離層経度λIを(6)式により計算する。 (3) Calculate the quasi-ionospheric longitude λ I according to equation (6).

Figure 2004205525
Figure 2004205525

(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。 (4) obtained from the geomagnetic latitude [Phi m is quasi ionospheric position viewed from the respective satellites (7).

Figure 2004205525
Figure 2004205525

(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。   (5) The local time t at the quasi-ionospheric point is obtained by the equation (8).

Figure 2004205525
Figure 2004205525

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、SatelliteTimeは衛星時刻である。   If t> 86400, t = t−86400, otherwise 86400 is added to t. Here, SatelliteTime is satellite time.

(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。   (6) In order to calculate the tilt time delay, the tilt factor F is calculated by the equation (9).

Figure 2004205525
Figure 2004205525

(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。   (7) In order to calculate the ionospheric delay time Tion, first, x is calculated by the equation (10).

Figure 2004205525
Figure 2004205525

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。   If | x |> 1.57, then Tiono can be determined by equation (11). Otherwise, it is obtained by the equation (12).

Figure 2004205525
Figure 2004205525

Figure 2004205525
Figure 2004205525

このTionoが電離層遅延時間となる。Tiono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。   This Tiono is the ionospheric delay time. The ionospheric delay error is obtained by multiplying the value of Tiono by the radio wave propagation velocity.

(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。
(B) Delay error due to the troposphere (Sastamoinen's model)
The temperature is calculated by equation (13) and the atmospheric pressure is calculated by equation (14).

Figure 2004205525
Figure 2004205525

Figure 2004205525
Figure 2004205525

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。 Here, μ = −M / Rβ (constant), r: radius from the center of the earth, r 0 : radius of the user, T 0 : temperature at the position of the user, range of radius r T from the radius r 0 of the user to the atmosphere. Let's move. At this time, the refractive index of the dry term can be obtained from equation (15).

Figure 2004205525
Figure 2004205525

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。 The pressure P decreases exponentially from the initial value PT according to the equation (16).

Figure 2004205525
Figure 2004205525

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。   In the Zastamoinen model using this pressure model, the atmospheric delay error Δ is expressed as in equation (17).

Figure 2004205525
Figure 2004205525

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。 Here, D: 0.0026 cos2Φ + 0.00028h, Φ: latitude of the terminal, and h: altitude of the terminal.

(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。
(C) the Doppler shift delay caused by the Doppler effect error satellite and user positions caused to vary every moment D i, when the radio waves emitted by Li band, represented by the equation (18).

Figure 2004205525
Figure 2004205525

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。 Here, r i : the position of the satellite at the time of transmission from the satellite, r u : the position of the receiver at the time of receiving the signal, and l i can be obtained by equation (19).

Figure 2004205525
Figure 2004205525

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。   The above Doppler can be rewritten as the delay error & as shown in the equation (20).

Figure 2004205525
Figure 2004205525

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。 Where: drift speed (m / s) of the receiver clock, ε & : error in observed value.

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。   As shown in FIG. 5, the weather information providing apparatus 201 stores the date and time, temperature, humidity, weather, atmospheric pressure, wind direction, and the like for each point. Historical data is stored at a time point earlier than the present time, and predicted data is stored at a future time point.

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。   Returning to the example of dividing the area, in the example of FIG. 3, when thunderstorms occur in the Kanto area, but the effect is not seen in the southeastern part of the Tohoku region, the Kanto and southern Tohoku areas are 302, 303 depending on the water vapor density and the allowable error range. This is an example of division as shown in FIG.

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。   The result of division by the region dividing device 203, and the error parameter for each region estimated by the parameter estimating device and divided by the region dividing device 203, or the absolute value of the positioning error, and the reference clock at the time of data transmission Are encoded by the encoding device 202 and sent to the transmission device 106.

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。   The encoding device 202 encodes the data in the format shown in FIG. In FIG. 4, reference numeral 400 denotes an encoded data sequence, reference numeral 399 denotes an identification number of a region divided by the region dividing device, 401-a denotes a header for the data content of satellite number 1, and 401-b denotes a time relating to satellite number 1. It is stamped orbit data and includes error parameters. Also, 402-a and 402-b are data corresponding to satellite number 2, and 404-a and 404-b are data corresponding to satellite number n.

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。   As an example of the details of this data, 411 is the time, 412 is the satellite number, 413 is the orbit data of the satellite, and 414 to 415 are the correction error amount or the correction error parameter in each of the divided areas. An area for storing the error or parameter is prepared for each region.

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。   For example, considering the case where the parameter of the troposphere delay amount is put in the area, the troposphere delay model stores the water vapor partial pressure, the atmospheric pressure, and the temperature in the area as shown in Expression (17). Such processing is performed for each error occurrence factor and each error region. These data are calculated for each area. For example, an error parameter is transmitted from the ground station 102 in a form in which one data in FIG. 4 corresponds to the area 302 in FIG.

次に、以上のデータを受信する端末装置103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。   Next, the terminal device 103 that receives the above data will be described. As shown in FIG. 7, at least the terminal device 103 includes a receiving device (antenna) 801, a parameter separating device 802 for separating satellite orbit data and an error parameter, a delay amount calculating device 803 for calculating a delay error amount from the error parameter, Pseudo-range calculator 805 that calculates the pseudo-range (distance including delay error) between each satellite and the terminal from the satellite position in the satellite orbit data and the approximate position of the terminal, from the pseudo-range and the delay distance in the delay amount calculator A true distance calculation device 806 for calculating a true distance between each satellite and the terminal (an accurate distance excluding a delay distance), and a positioning calculation device 807 for calculating a terminal position from the true distance obtained by the device 806 and the coordinate position of each satellite. And an output device 808 for displaying positioning results.

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。   Next, a positioning calculation method in the terminal will be described with reference to FIG. Data transmitted from the ground station via the satellite is taken in from the antenna 801 of the terminal 103. Next, in process 601 the terminal 103 recognizes to which region in FIG. 3 it belongs. In this recognition procedure, the position data of the end point of the grid in FIG. 3 is stored in the terminal 103 in advance, and the corresponding grid number (for example, 302 or 303) is obtained based on the result of the previous positioning. After that, from the positioning data broadcast in the format shown in FIG. 4, only the signal sequence 400 corresponding to the previously obtained lattice number is stored in the memory on the computer that performs positioning (process 602). Further, in the process 602, the satellite orbit data (the coordinate values of each satellite) and the error parameters shown in FIG. 4 are stored in the memory of the computer.

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。 Using the stored satellite orbit data, a pseudorange between each satellite and the terminal 103 on the ground is calculated in process 603. This is performed by a normal distance calculation using coordinate values between two points (X i , Y i , Z i ) and (X 0 , Y 0 , Z 0 ). Here, X i : x coordinate of satellite, Y i : y coordinate of satellite, Z i : z coordinate of satellite, X 0 : x coordinate of ground terminal, Y 0 : y coordinate of ground terminal, Z 0 : ground terminal. Is the z coordinate of

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)、(20)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604)。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。   Next, the error parameters corresponding to 414 to 415 obtained in the process 602 are substituted into any of the equations (11), (12), (17), and (20) stored in the delay distance calculation device 803 in advance. Then, the delay distance at the time of radio wave propagation in the corresponding area is calculated (process 604). Further, based on the obtained delay distance, the true distance between the satellite and the terminal is calculated in a process 605 by the equation (21).

Figure 2004205525
Figure 2004205525

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。   Here, since the coordinates and the true distance from each satellite have been obtained, the positioning calculation is performed in the process 606. Assuming three-dimensional positioning, positioning calculation is performed by solving simultaneous equations using data from four satellites. The specific calculation method is shown below.

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。   Consider three-dimensional right-handed orthogonal coordinates with the origin at the center of the earth, the z-axis with the north as the positive direction along the rotation axis, and the x-axis (the positive direction) with the orbital direction of the Meridian and Equatorial planes.

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。 The position of each satellite is (x i , y i , z i ), and the coordinates of the observation point are (x 0 , y 0 , z 0 ). The true distance between the measurement point and each satellite is r 0i , and the pseudo distance is r i . The subscript i (= 1, 2, 3, 4) of each quantity indicates the number of the satellite.

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。 Now, pseudorange r i is the influence of the deviation of the satellite clock, when the effect of the propagation delay distance in the atmosphere have been removed is expressed by equation (22).

Figure 2004205525
Figure 2004205525

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。   s represents the influence of the deviation of the receiver clock on the distance data. That is, assuming that the clock of the receiver is advanced by t with respect to the GPS time system, s is expressed by equation (23).

Figure 2004205525
Figure 2004205525

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。   Since the Pythagorean theorem holds between the distance data, the coordinates of the observation point, and the position of the satellite, equation (24) is obtained.

Figure 2004205525
Figure 2004205525

これを(22)式に代入して、(25)式を得る。   This is substituted into equation (22) to obtain equation (25).

Figure 2004205525
Figure 2004205525

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、(26)式となる。 X 0 , y 0 , z 0 and s are obtained from the equation (25). (25) To solve the equation, the unknown variable is represented by the sum of its approximate value and its correction value, the equation is expanded with the correction value, and the second-order and higher-order terms can be ignored and linearized. Equation (26) is obtained.

Figure 2004205525
Figure 2004205525

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。   However, the quantity with a dash (') is the approximate value of each variable, and the quantity with Δ is its correction value. First, equation (27) is set.

Figure 2004205525
Figure 2004205525

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。 This is the distance between the approximate position of the observation point (approximate value of x, y, z) and the satellite. Then calculated the r was partially differentiated by x 0 (28) Equation.

Figure 2004205525
Figure 2004205525

上式中の観測地点の座標値(x0,y0,z0)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。 Since the coordinate values (x 0 , y 0 , z 0) of the observation point in the above equation are unknown, in the actual calculation, the approximation equation (29) is used. A similar relational expression is obtained for the y and z components.

Figure 2004205525
Figure 2004205525

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。   When these are arranged, it becomes Formula (30). The equation is repeatedly calculated until Δx, Δy, Δz, and s converge to find a solution.

Figure 2004205525
Figure 2004205525

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。   The use of the positioning calculation system of the present invention eliminates the need for an antenna for receiving FM radio waves, which was necessary for performing conventional high-accuracy positioning, so that in-vehicle information that is inexpensive and has a simple device configuration Equipment can be developed.

本発明の衛星測位システムを表す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a satellite positioning system of the present invention. 測位誤差推定装置を表す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a positioning error estimation device. 地域を分割する様子を示した説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state of dividing an area. 地上局から送信するデータの模式図。FIG. 3 is a schematic diagram of data transmitted from a ground station. 気象情報データの例を示すデータ構成図。FIG. 3 is a data configuration diagram showing an example of weather information data. 端末側での測位計算処理を示すフローチャート。9 is a flowchart illustrating positioning calculation processing on the terminal side. 測位端末の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a positioning terminal.

符号の説明Explanation of reference numerals

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、601…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、605…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。   101 satellite, 102 ground station, 103 terminal, 104 orbit calculation device, 105 positioning error designation device, 106 transmission device, 201 weather information providing device, 202 encoding device, 203 region dividing device , 204: Reference clock, 205: Parameter estimating device, 301: Map, 302: Divided area, 303: Divided area, 399: Regional authentication number, 400: Data, 401: Header data, 402 to 404: Satellite position and error parameters Data, 411 to 415 data, 601 data recognition processing, 602 data storage processing, 603 pseudo distance calculation processing, 604 delay time calculation processing for each error factor, 605 true distance calculation processing, 606 positioning calculation processing 607: convergence determination processing, 608 ... alarm output processing, 801 ... receiving apparatus, 802 ... parameter separation apparatus, 803 ... delay distance calculation apparatus, 805 ... pseudo distance calculation apparatus, 806 ... true distance calculation apparatus, 807 ... positioning calculation apparatus , 808 ... output device.

Claims (10)

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。
For a plurality of satellites, the ground station of the satellite positioning system that transmits the orbit information data of the satellite used for positioning,
A ground station of a satellite positioning system, wherein a signal transmitted from the ground station includes positioning correction information data.
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。   2. An apparatus according to claim 1, further comprising: an orbital calculation device for calculating orbital information data indicating a position of the satellite; and a positioning error estimating device for generating said positioning correction information data. A ground station of a satellite positioning system, characterized by transmitting. 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。   3. The ground station according to claim 2, wherein the positioning correction information data estimated and calculated by the positioning error estimating device is represented by a parameter of a function representing an error or an absolute amount of the error. 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。   3. The positioning error estimating device according to claim 2, wherein the positioning target area is divided based on a positioning error occurrence condition represented by a weather condition, and an error parameter or an absolute amount of the positioning error for all the divided regions based on the weather condition. Terrestrial station of a satellite positioning system, which estimates the data necessary for positioning together with information of a reference clock and transmits the encoded data to a satellite. 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。   5. The ground station according to claim 4, wherein the plurality of areas update a division state of the area at a fixed period or at an arbitrary time. 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。
5. The satellite positioning system according to claim 4, wherein the positioning error occurrence condition includes at least one of weather information, latitude / longitude information of the area, and geographical conditions (plain area, urban area, mountain area, etc.). Ground station.
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。
In the ground terminal of the satellite positioning system that receives the orbit information data and positioning error information data of the satellite used for positioning from the satellite and performs positioning calculation,
The ground terminal calculates a pseudo distance between the satellite and the terminal based on the orbit information data and a delay distance between the satellite and the terminal based on the positioning error information data, and calculates the satellite / terminal from the pseudo distance and the delay distance. A terrestrial terminal for a satellite positioning system, comprising: a positioning calculation device that calculates a true distance between terminals and positions the terminal based on the distance.
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。
In a satellite positioning system including a ground station transmitting orbit information data of a satellite used for positioning toward a satellite, a plurality of satellites receiving a signal transmitted from the ground station, and a ground terminal receiving data transmitted from the satellite,
A satellite positioning system, wherein a signal transmitted from the ground station includes at least both orbit information data and positioning correction information data.
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。   9. The satellite positioning system according to claim 8, wherein the ground terminal separates orbit information data and positioning correction information data received from the satellite, and calculates the position of the ground terminal based on the separated data. 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。   10. The satellite positioning system according to claim 8, wherein a long elliptical orbit satellite is used as the satellite.
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