JP2005147952A - 位置検出装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 移動局が移動している場合であっても整数値バイアスを高精度に確定すること。
【解決手段】 本発明による、移動局３０の位置を検出する位置検出装置３４は、
移動局３０の受信機により受信される衛星からの繰り返し信号の繰り返し回数を積算する積算手段４０と、既知点に設置される固定局２０により同時刻に受信される衛星からの繰り返し信号の繰り返し回数の積算値Ｄ_ｉｂを取得する手段と、移動局３０の移動に関する動的状態量（例えば、移動局３０の移動速度ベクトル）を検出する検出手段５０とを含み、前記動的状態量の検出結果を考慮しつつ、前記２種類の繰り返し回数の積算値Ｄ_ｉｕ、Ｄ_ｉｂに少なくとも基づいて（例えば、２重位相差Ｄ_ｉｊｂｕに少なくとも基づいて）前記繰り返し回数の整数部の初期値Ｎ_ｉｕ、Ｎ_ｉｂ（又は２重位相差Ｎ_ｉｊｂｕ）を推定することを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、移動局の位置を検出する位置検出装置及び方法に関する。

近年、測量の分野では、搬送波位相によるＧＰＳ測量が広く利用されている。この搬送波位相によるＧＰＳ測量では、基準側の受信機と測位側の受信機とが、複数の衛星から送られる衛星信号を同時に受信し、基準側と測位側とで各衛星信号の搬送波位相の積算値をそれぞれ独立に算出する。この搬送波位相の積算値（以下、単に「位相積算値」という）には、搬送波の波長の整数倍に相当する不確定な要素（整数値搬送波位相アンビギュイティ（以下、単に「整数値バイアス」という）が含まれているが、この整数値バイアスは、時計誤差等とは異なり、位相積算値の一重位相差や二重位相差を取ることによっても消去することができない。このため、ＧＰＳ測量の分野において、位相積算値の三重位相差を取ることで不確定要素である整数値バイアスを消去することや、整数値バイアスそのものを求める技術が提案されている。

ここで、整数値バイアスを確定する技術として、カルマンフィルタを用いる技術が知られている（例えば、非特許文献１参照）。この技術では、測位側の位置と整数値バイアスを状態変数とし、基準側に対する測位側の位相積算値の一重位相差を観測量として、観測を重ねる毎に前記状態変数を更新する追尾フィルタが構成される。また、整数値バイアスを確定するその他の技術として、整数値バイアスを含んだ搬送波の二重位相差を用いて、最小二乗法により所定の条件で二重位相差の整数値バイアスを求める技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
Patrick Y. C. Hwang," Kinematic GPS forDifferential Positioning: Resolving Integer Ambiguities on the Fly",Navigation, Vol.38, No.1, Spring 1991 特開２００３−９８２４５号公報

しかしながら、上述の各従来技術は、測位側が長時間固定されていることを前提とした測量の分野での技術であるため、測位側が移動し得る技術分野（例えば、移動局の位置を測位する分野）では適用できない（即ち、整数値バイアスを高精度に確定できない）という、問題点がある。

そこで、本発明は、測位側が移動している場合であっても整数値バイアス等を高精度に確定できる、位置検出装置及び方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、移動局の位置を検出する位置検出装置であって、
前記移動局の受信機により受信される衛星からの繰り返し信号の繰り返し回数を積算する積算手段と、
既知点に設置される固定局により同時刻に受信される衛星からの繰り返し信号の繰り返し回数の積算値を取得する手段と、
前記移動局の移動に関する動的状態量を検出する検出手段とを含み、
前記動的状態量の検出結果を考慮しつつ、前記２種類の繰り返し回数の積算値に少なくとも基づいて前記繰り返し回数の整数部の初期値を推定することを特徴とする、位置検出装置が提供される。

また、本発明の他の一局面によれば、移動局の位置を検出する位置検出装置であって、
移動局に設けられ、衛星から送信される繰り返し信号を受信する受信手段と、
前記受信手段が受信した繰り返し信号の繰り返し回数を積算する積算手段と、
前記移動局の移動に関する動的状態量を検出する検出手段と、
前記繰り返し回数の整数部の初期値を、前記動的状態量の検出結果を考慮して推定する手段とを含む、位置検出装置が提供される。

これらの局面において、前記動的状態量は、前記移動局の移動速度、前記移動局の移動速度ベクトル、前記移動局の移動加速度、若しくは、前記移動局の移動加速度ベクトルであってよい。

また、本発明の他の一局面によれば、移動局の位置を検出する位置検出方法であって、
移動局にて受信した衛星からの繰り返し信号の繰り返し回数の積算値と、既知点にて同一時刻に受信した同繰り返し信号の繰り返し回数の積算値との２重位相差を算出するステップと、
移動局の移動に関する動的状態量を検出するステップと、
前記動的状態量に基づいて前記移動局の位置を時間更新するステップと、
同一時刻に係る、前記２重位相差と、衛星位置と、移動局の位置との間の関係式を、所定のタイミング毎に導出するステップと、
前記導出した関係式に基づいて、繰り返し回数の整数部の初期値を推定するステップとを含む、位置検出方法が提供される。

本局面の位置検出方法は、コンピューター読取り可能なプログラムとして、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ等の記録媒体に記憶されてよい。

また、本発明の他の一局面によれば、移動局に設けられ衛星から送信される衛星信号を受信する受信手段と、演算部とを含む、移動局の位置を検出する位置検出装置であって、
演算部は、前記受信手段及び既知点で受信した衛星信号の搬送波位相の積算値の２重位相差と、同一時刻での衛星位置と、同一時刻での移動局の位置との間の関係式を導出し、移動局の移動に関する動的状態量の検出結果に基づいて前記移動局の位置を時間更新した前記関係式に基づいて、前記搬送波位相の積算値に含まれている整数値バイアスを推定する、位置検出装置が提供される。

上述の各局面による位置検出装置は、移動局としての車両のナビゲーション装置に実装されてよく、若しくは、他の移動体（例えば、歩行ロボット、携帯電話、ＰＤＡ等）に実装されてよく、或いは、移動局との間で双方向通信可能な施設（固定局を含む）で実現されてもよい。

本発明によれば、測位側である移動局が移動する場合であっても、移動局の位置検出に必要な整数値バイアス（繰り返し回数の整数部の初期値）を高精度に確定できる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明に係るGPS測位システムの構成図である。図１に示すように、GPS測位システムは、地球周りを周回するGPS衛星１０と、地球上の所定位置に設置される固定型の基準局２０と、地球上に位置し地球上を移動しうる移動局３０とから構成される。

GPS衛星１０は、航法メッセージを地球に向けて常時放送する。航法メッセージには、対応するGPS衛星１０に関する軌道情報、時計の補正値、電離層の補正係数が含まれている。航法メッセージは、Ｃ／Ａコードにより拡散されＬ１搬送波（周波数：1575.42ＭＨz）に乗せられて、地球に向けて常時放送されている。

尚、現在、２４個のGPS衛星１０が高度約２０，０００ｋｍの上空で地球を一周しており、各４個のGPS衛星１０が５５度ずつ傾いた６つの地球周回軌道面に均等に配置されている。従って、天空が開けている場所であれば、地球上のどの場所にいても、常時、少なくとも５個以上のGPS衛星１０が観測可能である。

移動局３０は、受信機３２を備える。受信機３２内には、その周波数がGPS衛星１０の搬送周波数と一致する発振器（図示せず）が内蔵されている。受信機３２は、GPS衛星１０から受信した電波を中間周波数に変換後、受信機３２内で発生させたＣ／Ａコードを用いてＣ／Ａコード同期を行い、航法メッセージを取り出す。

また、受信機３２は、各GPS衛星１０_ｉからの搬送波に基づいて、搬送波位相の位相積算値Ｄ_ｉｕを計測する。尚、位相積算値Ｄ_ｉｕについて、添え字ｉ（＝１，２，・・・）は、各GPS衛星１０_ｉに割り当てられた番号を示し、添え字ｕは移動局３０側での積算値であることを示す。位相積算値Ｄ_ｉｕは、次式に示すように、搬送波受信時刻ｔ０での発振器の位相Φ_ｉｕ（ｔ０）と、GPS衛星１０_ｉでの衛星信号発生時の搬送波位相Φ_ｉｕ（ｔ０−τ）との差として得られる。
Ｄ_ｉｕ＝Φ_ｉｕ（ｔ０）−Φ_ｉｕ（ｔ０−τ_ｕ）＋Ｎ_ｉｕ＋ε_ｉｕ（ｔ０） 式（Ａ）
ここで、τ_ｕは、GPS衛星１０から受信機３２までのトラベル時間を示す。また、位相差の観測開始時点では、受信機３２は、搬送波位相の１波長以内の位相を正確に測定できるが、それが何波長目に相当するかを確定できない。このため、位相積算値Ｄ_ｉｕには、上式に示すように、不確定な要素として整数値バイアスＮ_ｉｕが導入される。

同様に、基準局２０も、同様の受信機２２を備える。同様に、受信機２２は、各GPS衛星１０_ｉからの搬送波に基づいて、次式に示すように、搬送波位相の積算値Ｄ_ｉｂを計測する。
Ｄ_ｉｂ＝Φ_ｉｂ（ｔ０）−Φ_ｉｂ（ｔ０−τ_ｂ）＋Ｎ_ｉｂ＋ε_ｉｂ（ｔ０） 式（Ｂ）
尚、位相積算値Ｄ_ｉｂについて、添え字ｂは基準局２０側での積算値であることを示す。基準局２０は、計測した位相積算値Ｄ_ｉｂを移動局３０に送信する。

図２は、移動局３０に搭載される本発明による位置検出装置３４の一実施例を示す機能ブロック図である。本実施例の位置検出装置３４は、上述の受信機３２と、演算器４０とを含む。演算器４０には、上述の受信機３２の他、移動局３０に搭載される各種センサ５０が接続される。各種センサ５０は、後述する如く、移動局３０の所定の動的状態量を検出する。尚、演算器４０は、受信機３２に内蔵されるものであってもよい。また、移動局３０が車両の場合、受信機３２及び／又は演算器４０は、ナビゲーション装置内に実装されてよい。

演算器４０は、図２に示すように、衛星位置算出部４２と、動的状態量導入部４４と、状態変数推定部４６とから構成される。以下、演算器４０の機能を、図３のフローチャートを参照しつつ説明する。

衛星位置算出部４２は、受信機３２が受信した航法メッセージの軌道情報に基づいて（図３のステップ１参照）、観測可能な各GPS衛星１０_ｉの、ワールド座標系での位置（Ｘ_ｉ（ｔ０）、Ｙ_ｉ（ｔ０）、Ｚ_ｉ（ｔ０））を計算する（図３のステップ２参照）。尚、GPS衛星１０は、人工衛星の１つであるので、その運動は、地球重心を含む一定面内（軌道面）に限定される。また、GPS衛星１０の軌道は地球重心を１つの焦点とする楕円運動であり、ケプラーの方程式を逐次数値計算することで、軌道面上でのGPS衛星１０の位置が計算できる。また、搬送波受信時刻ｔ０での各GPS衛星１０_ｉの位置（Ｘ_ｉ（ｔ０）、Ｙ_ｉ（ｔ０）、Ｚ_ｉ（ｔ０））は、GPS衛星１０の軌道面とワールド座標系の赤道面が回転関係にあることを考慮して、軌道面上でのGPS衛星１０の位置を３次元的な回転座標変換することで得られる。尚、ワールド座標系とは、図４に示すように、地球重心を原点として、赤道面内で互いに直交するＸ軸及びY軸、並びに、この両軸に直交するＺ軸により定義される。

動的状態量導入部４４は、所定周期で入力される各種センサ５０の出力信号に基づいて、移動局３０の所定の動的状態量を算出し、後述する状態変数推定部４６への既知入力を作成する（図３のステップ３参照）。

この具体例として、図５の車両運動モデルを参照して、移動局３０が車両の場合について説明する。動的状態量導入部４４は、車両の非駆動輪に設定された２つの車輪速センサ５２の出力信号に基づいて、次式により、搬送波受信時刻ｔ０での車両の前後速度Ｖｘ（ｔ０）を算出する。
Ｖｘ（ｔ０）＝０．５×（ω３（ｔ０）＋ω４（ｔ０））×Ｒｗ 式（１）
ここで、Ｒｗは車両のタイヤ半径を表わし、ω３（ｔ０）、ω４（ｔ０）は、搬送波受信時刻ｔ０での各非駆動輪の回転速度を表わす。尚、車両の前後速度Ｖｘ（ｔ０）は、車両の前後加速度を検出する前後Ｇ加速度センサ５４の出力信号を時間積分することにより算出されてもよい。

また、動的状態量導入部４４は、同様に、車輪速センサ５２の出力信号に基づいて、次式により、搬送波受信時刻ｔ０での車両のヨー角速度ωｚ（ｔ０）を算出する。
ωｚ（ｔ０）＝（ω３（ｔ０）−ω４（ｔ０））／Ｔｒ 式（２）
ここで、Ｔｒは非駆動輪のトレッド長を表わす。尚、ヨー角速度ωｚ（ｔ０）は、ヨーレートセンサ５６の出力信号に基づいて検出されてもよい。

動的状態量導入部４４は、次式により、ヨー角速度ωｚ（ｔ）を時間積分することで搬送波受信時刻ｔ０でのヨー角度ψ（ｔ０）を算出する。
ψ（ｔ０）＝∫ωｚ（ｔ）・ｄｔ
ここで、積分区間はｔ＝０〜ｔ０であり、初期値（即ち、ｔ＝０のψ（ｔ０）の値）は、方位角計５８を用いて決定されてよい。また、ヨー角度ψ（ｔ０）自体も、方位角計５８を用いて検出されてもよい。

また、動的状態量導入部４４は、ヨー角速度ωｚ（ｔ０）を用いて、次式により、搬送波受信時刻ｔ０での車両の左右速度Ｖｙ（ｔ０）を算出する。
Ｖｙ（ｔ０）＝Ｌｒ×ωｚ（ｔ０） 式（３）
ここで、Ｌｒは車両重心位置から後輪までの距離を表わす。尚、車両の左右速度Ｖｙ（ｔ０）は、車両の左右加速度を検出する左右Ｇ加速度センサ５９の出力信号を時間積分することにより算出されてもよい。

ここで、上述の如く算出される車両の速度ベクトル（Ｖｘ（ｔ０）、Ｖｙ（ｔ０））は、車体を基準としたボディ座標系に基づいているため、動的状態量導入部４４は、速度ベクトル（Ｖｘ（ｔ０）、Ｖｙ（ｔ０））を、ローカル座標系を介してワールド座標系へと座標変換する。通常、座標の回転変換は、オイラー角を用いて実現できるが、ここでは、ボディ座標系からローカル座標系への変換に関しては、ロール角及びピッチ角が小さいとしてヨー角ψ（ｔ０）のみで実現することとする（但し、ロール角及びピッチ角を考慮することも当然に可能である。）。また、ローカル座標系からワールド座標系への変換に関しては、車両位置の経度φ（ｔ０）及び緯度λ（ｔ０）を用いた変換で実現される。

尚、ここで用いられる経度φ（ｔ０）及び緯度λ（ｔ０）は、測量が既に完了している所定地点の既知の経度及び緯度（固定値）であってよい。但し、経度φ（ｔ０）及び緯度λ（ｔ０）は、単独測位により得られる移動局３０の経度φ（ｔ０）及び緯度λ（ｔ０）（変動値）であってもよい。尚、単独測位とは、GPS衛星１０から電波が発射された時刻とその電波が観測者の受信機に到達した時の時刻を測定し、この時間差に光速度を乗じることで得られるGPS衛星１０と移動局３０との距離（疑似距離）に基づいて測位を行うものである。

ワールド座標系における車両位置を（Ｘ_ｕ、Ｙ_ｕ、Ｚ_ｕ）とすると、ワールド座標系で表わした車両の速度ベクトルｄ／ｄｔ［Ｘ_ｕ、Ｙ_ｕ、Ｚ_ｕ］は、次式の通りである。
d/dt［Ｘ_ｕ、Ｙ_ｕ、Ｚ_ｕ］^Ｔ＝rot（φ、λ）・rot（ψ）・［Ｖｘ、Ｖｙ］^Ｔ 式（４）
ここで、［］^Ｔは行列の転置を意味し、rot（φ、λ）及びrot（ψ）は、次の通りとする。

上記式（４）の右辺を入力Ｕ０１、Ｕ０２及びＵ０３と置いて、離散化すれば次のようになる。
Ｘ_ｕ（k）＝Ｘ_ｕ（k−１）＋ＤＴ・Ｕ０１ 式（７）
Ｙ_ｕ（k）＝Ｙ_ｕ（k−１）＋ＤＴ・Ｕ０２ 式（８）
Ｚ_ｕ（k）＝Ｚ_ｕ（k−１）＋ＤＴ・Ｕ０３ 式（９）
よって、最終的な既知入力は、次の通りとなる。
Ｕ＝［ＤＴ・Ｕ０１、ＤＴ・Ｕ０２、ＤＴ・Ｕ０３］^Ｔ 式（９−１）
尚、上式において、ＤＴは、サンプル時間（データ更新間隔）であり、（k）は、サンプル時間毎に実行される演算のｋ回目の値を意味する。

状態変数推定部４６では、上記式（９−１）の既知入力を用いて、次の状態方程式が設定される。
η（k）＝η（k−１）＋Ｕ（k−１）＋Ｗ（k−１） 式（１０）
ここで、ηは、状態変数を表わし、移動局３０のワールド座標系における位置［Ｘ_ｕ、Ｙ_ｕ、Ｚ_ｕ］、及び、整数値バイアスの２重位相差Ｎ_ｉｊｂｕであり、（k）は、サンプル時間毎に実行される演算のｋ回目の値を意味する。整数値バイアスの２重位相差Ｎ_ｉｊｂｕは、次式で定義される。
Ｎ_ｉｊｂｕ＝（Ｎ_ｉｂ−Ｎ_ｉｕ）−（Ｎ_ｊｂ−Ｎ_ｊｕ） 式（１１）
但し、ｉ≠ｊ
ここで、整数値バイアスの２重位相差Ｎ_ｉｊｂｕは少なくとも４個以上必要であり、例えば、５つのGPS衛星１０_１〜５が観測可能な場合、GPS衛星１０_１を基準として、η＝［Ｘ_ｕ、Ｙ_ｕ、Ｚ_ｕ、Ｎ_１２ｂｕ、Ｎ_１３ｂｕ、Ｎ_１４ｂｕ、Ｎ_１５ｂｕ］であってよい。また、Ｕ及びＷは、それぞれ、上述の既知入力及び外乱（システム雑音：正規性白色雑音）である。

また、状態変数推定部４６では、次の観測方程式が用いられる。
Ｚ（k）＝Ｈ（k）・η（k）＋Ｖ（k） 式（１２）
ここで、Ｚ及びＶは、それぞれ、観測量及び観測ノイズ（正規性白色雑音）を示す。観測量Ｚは、位相積算値の２重位相差Ｄ_ｉｊｂｕであり、次式で定義される。
Ｄ_ｉｊｂｕ＝（Ｄ_ｉｂ−Ｄ_ｉｕ）−（Ｄ_ｊｂ−Ｄ_ｊｕ） 式（１３）
但し、ｉ≠ｊ
ここで、観測量Ｚは、η＝［Ｘ_ｕ、Ｙ_ｕ、Ｚ_ｕ、Ｎ_１２ｂｕ、Ｎ_１３ｂｕ、Ｎ_１４ｂｕ、Ｎ_１５ｂｕ］に対応して、Ｚ＝［Ｄ_１２ｂｕ、Ｄ_１３ｂｕ、Ｄ_１４ｂｕ、Ｄ_１５ｂｕ］であってよい。尚、状態変数推定部４６には、上述の如く観測された基準局２０側と移動局３０側の双方の位相積算値Ｄ_ｉｂ、Ｄ_ｉｕ（上記式（Ａ）及び式（Ｂ）参照）が所定周期で入力されている。

位相積算値の２重位相差Ｄ_ｉｊｂｕは、（GPS衛星１０_ｉと受信機２２若しくは３２との距離）＝（搬送波の波長Ｌ）×（位相積算値）という物理的な意味合いから、次のようになる。
Ｄ_ｉｊｂｕ＝［｛sqrt（（Ｘ_ｂ−Ｘ_ｉ）^２＋（Ｙ_ｂ−Ｙ_ｉ）^２＋（Ｚ_ｂ−Ｚ_ｉ）^２）−sqrt（（Ｘ_ｕ−Ｘ_ｉ）^２＋（Ｙ_ｕ−Ｙ_ｉ）^２＋（Ｚ_ｕ−Ｚ_ｉ）^２）｝−｛sqrt（（Ｘ_ｂ−Ｘ_ｊ）^２＋（Ｙ_ｂ−Ｙ_ｊ）^２＋（Ｚ_ｂ−Ｚ_ｊ）^２）−sqrt（（Ｘ_ｕ−Ｘ_ｊ）^２＋（Ｙ_ｕ−Ｙ_ｊ）^２＋（Ｚ_ｕ−Ｚ_ｊ）^２）｝］／Ｌ＋Ｎ_ｉｊｂｕ 式（１４）
但し、ｉ≠ｊ
ここで、sqrtは√を表わす。尚、基準局２０のワールド座標系における位置［Ｘ_ｂ、Ｙ_ｂ、Ｚ_ｂ］は既知である。

上記式（１０）の状態方程式は線形であるが、観測量Ｚは、状態変数Ｘ_ｕ、Ｙ_ｕ及びＺ_ｕに関して非線形であるため、線形化する必要がある。ここでは、式（１４）の各項を状態変数Ｘ_ｕ、Ｙ_ｕ及びＺ_ｕのそれぞれで偏微分して、式（１２）のＨが求められる。

従って、上記式（１０）の状態方程式及び上記式（１２）の観測方程式にカルマンフィルタを適用すると、以下の式が得られる。
時間更新として、
η（k）^（−）＝η（k−１）^（＋）＋Ｕ（k−１） 式（１５）
Ｐ（k）^（−）＝Ｐ（k−１）^（＋）＋Ｑ（k−１） 式（１６）
また、観測更新として、
Ｋ（ｋ）＝Ｐ（k）^（−）・Ｈ^Ｔ（ｋ）・（Ｈ（ｋ）・Ｐ（k）^（−）・Ｈ^Ｔ（ｋ）＋Ｒ（ｋ））^−１ 式（１７）
η（k）^（＋）＝η（k）^（−）＋Ｋ（ｋ）・（Ｚ（ｋ）−Ｈ（ｋ）・η（k）^（−）） 式（１８）
Ｐ（k）^（＋）＝Ｐ（k）^（−）−Ｋ（ｋ）・Ｈ（ｋ）・Ｐ（k）^（−） 式（１９）
ここで、Ｑ，Ｒは、外乱の共分散行列及び観測ノイズの共分散行列をそれぞれ表わす。尚、上記式（１５）及び式（１８）がフィルタ方程式、上記式（１７）がフィルタゲイン、上記式（１６）及び式（１９）が共分散方程式となる。また、上付き文字で示す^（−）及び^（＋）は、更新前後を示す。

この場合、状態変数推定部４６では、整数値バイアスの推定値は、実数解として求められる（図３のステップ４参照）。しかし、整数値バイアスは、実際には整数値であるので、求めた実数解に対して最も近い整数解（即ち、波数）を求める（図３のステップ５参照）。この手法としては、整数値バイアスの無相関化をはかり、整数解の探索空間を狭めて解を特定するＬＡ
ＭＢＤＡ法等が使用されてよい。また、受信機２２、３２が、GPS衛星１０から発射されるＬ１波及びＬ２波の双方を受信可能な２周波受信機である場合には、Ｌ１波及びＬ２波のそれぞれに対して上述と同様の推定が同時に並列的に実行され、双方の周期の和（ワイドレーン）が作成できるので、これを用いて整数解の候補を一層絞り込むことが可能となる。

状態変数推定部４６は、このようにして状態変数を算出すると、以後、当該算出結果（整数値バイアス）に基づいて干渉測位法により移動局３０の位置を確定していく（測位を開始する）。尚、上述の如く推定される状態変数は、各GPS衛星１０と基準局２０とに対応付けられ、２重位相差Ｄ_ｉｊｂｕとして記憶・管理されてよい。従って、移動局３０の移動に伴って受信可能な各GPS衛星１０や基準局２０が変化した場合には、新たな各GPS衛星１０及び基準局２０からの情報に基づいて、上述の推定処理が再び実行されてよい。

以上のとおり、本実施例によれば、移動局３０が移動しながらでも状態変数（測位、整数値バイアス）の算出が可能であり、また、既知の外部入力Ｕ（k）をカルマンフィルタに入力することで、移動局３０の移動に起因したモデル推定誤差が減少し（推定誤差のバイアスを取り除くことができ）、状態変数の算出精度が向上する。また、フィードフォワード的にモデル誤差を消去できるので状態変数（測位、整数値バイアス）の算出精度が向上すると共に、測位開始までの時間を短縮できる。

尚、上述の実施例において、上記式（９−１）の既知入力を与えるためのセンサ出力の使用態様として以下の複数の組み合わせが考えられる。
（１）車輪速センサ（非駆動輪、２個）を用いて、上記式（１）から前後速度、上記式（３）から左右速度、上記式（２）からヨー角度を算出する態様。
（２）車輪速センサ（非駆動輪、２個）及びヨーレートセンサを用いて、上記式（１）から前後速度、上記式（３）から左右速度、ヨーレートセンサ信号から積分によりヨー角度を算出する態様。
（３）前後Ｇセンサ、左右Ｇセンサ及びヨーレートセンサを用いて、各センサ信号から積分により前後速度、左右速度及びヨー角度を算出する態様。
（４）前後Ｇセンサ、左右Ｇセンサ及び車輪速センサ（非駆動輪、２個）を用いて、Ｇセンサ信号から積分により前後速度及び左右速度を算出し、車輪速センサ信号からヨー角度を算出する態様。
（５）車輪速センサ（非駆動輪、２個）及び方位角計を用いて、車輪速センサ信号から前後速度及び左右速度を算出し、方位角計からヨー角度を算出する態様。
（６）車輪速センサ（非駆動輪、２個）、ヨーレートセンサ及び方位角計を用いて、車輪速センサ信号から前後速度、ヨーレートセンサ信号から左右速度、方位角計からヨー角度を算出する態様。
（７）前後Ｇセンサ、ヨーレートセンサ及び方位角計を用いて、Ｇセンサ信号から積分により前後速度、ヨーレートセンサ信号から左右速度、方位角計からヨー角度を算出する態様。
（８）前後Ｇセンサ、左右Ｇセンサ、車輪速センサ（非駆動輪、２個）及び方位角計を用いて、各センサ信号から積分により前後速度及び左右速度、方位角計からヨー角度を算出する態様。

尚、ここでは、一般的に車両の搭載されうる既存のセンサを有効に利用することを意図して、上述の使用態様を列挙したが、本発明は、これに限定されることはなく、例えば、上述の実施例において、既知入力を与える特別なセンサを用意することも可能である。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述した実施例では、上記式（１０）の状態方程式及び上記式（１２）の観測方程式にカルマンフィルタを適用するものであったが、最小２乗法等の他の推定手法を適用して状態量を推定することも可能である。

また、上述した実施例では、上述の如く２重位相差を取ることで受信機２２，３２内での発振器の初期位相、及び、時計誤差等の影響を消去しているが、GPS衛星１０の初期位相及びGPS時計誤差のみを消去できる一重位相差を取る構成であってもよい。また、本実施例では、電離層屈折効果、対流圏屈折効果及びマルチパスの影響を無視しているが、これらを考慮するものであってもよい。

また、上述の説明では、便宜上、GPS衛星１０_１を参照衛星としているが、移動局３０と基準局２０の位置等に依存して、他のGPS衛星１０が参照衛星となりえる。また、移動局３０と基準局２０において共通のGPS衛星に関する２重位相差が４個以上確保される限り、２重位相差を取る際のGPS衛星の組み合わせは任意である。

上述の説明では、移動局３０の例として車両を挙げたが、移動局３０は、受信機３２及び／又は演算器４０が実装されたホークリフト、ロボットや、受信機３２及び／又は演算器４０を内蔵する携帯電話等の情報端末を含む。

本発明に係るGPS測位システムの構成図である。 移動局３０に搭載される本発明による位置検出装置３４の一実施例を示す機能ブロック図である。 位置検出装置３４による整数値バイアスの算出流れを示すフローチャートである。 ワールド座標系とローカル座標系との関係、及び、ローカル座標系とボディ座標との関係を示す図である。 車両運動モデルを示す図である。

符号の説明

１０ GPS衛星
２０ 基準局
２２ 受信機
３０ 移動局
３２ 受信機
３４ 位置検出装置
４０ 演算器
４２ 衛星位置算出部
４４ 動的状態量導入部
４６ 状態変数推定部

Claims (8)

1. 移動局の位置を検出する位置検出装置であって、
   前記移動局の受信機により受信される衛星からの繰り返し信号の繰り返し回数を積算する積算手段と、
   既知点に設置される固定局により同時刻に受信される衛星からの繰り返し信号の繰り返し回数の積算値を取得する手段と、
   前記移動局の移動に関する動的状態量を検出する検出手段とを含み、
   前記動的状態量の検出結果を考慮しつつ、前記２種類の繰り返し回数の積算値に少なくとも基づいて前記繰り返し回数の整数部の初期値を推定することを特徴とする、位置検出装置。
2. 移動局の位置を検出する位置検出装置であって、
   移動局に設けられ、衛星から送信される繰り返し信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段が受信した繰り返し信号の繰り返し回数を積算する積算手段と、
   前記移動局の移動に関する動的状態量を検出する検出手段と、
   前記繰り返し回数の整数部の初期値を、前記動的状態量の検出結果を考慮して推定する手段とを含む、位置検出装置。
3. 前記動的状態量は、前記移動局の移動速度である、請求項１又は２記載の位置検出装置。
4. 前記動的状態量は、前記移動局の移動速度ベクトルである、請求項１又は２記載の位置検出装置。
5. 前記動的状態量は、前記移動局の移動加速度である、請求項１又は２記載の位置検出装置。
6. 前記動的状態量は、前記移動局の移動加速度ベクトルである、請求項１又は２記載の位置検出装置。
7. 移動局の位置を検出する位置検出方法であって、
   移動局にて受信した衛星からの繰り返し信号の繰り返し回数の積算値と、既知点にて同一時刻に受信した同繰り返し信号の繰り返し回数の積算値との２重位相差を算出するステップと、
   移動局の移動に関する動的状態量を検出するステップと、
   前記動的状態量に基づいて前記移動局の位置を時間更新するステップと、
   同一時刻に係る、前記２重位相差と、衛星位置と、移動局の位置との間の関係式を、所定のタイミング毎に導出するステップと、
   前記導出した関係式に基づいて、繰り返し回数の整数部の初期値を推定するステップとを含む、位置検出方法。
8. 移動局に設けられ衛星から送信される衛星信号を受信する受信手段と、演算部とを含む、移動局の位置を検出する位置検出装置であって、
   演算部は、前記受信手段及び既知点で受信した衛星信号の搬送波位相の積算値の２重位相差と、同一時刻での衛星位置と、同一時刻での移動局の位置との間の関係式を導出し、移動局の移動に関する動的状態量の検出結果に基づいて前記移動局の位置を時間更新した前記関係式に基づいて、前記搬送波位相の積算値に含まれている整数値バイアスを推定する、位置検出装置。
   

Images