JP2005164395A - 搬送波位相式ｇｐｓ測位装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 短時間で精度良く整数値バイアスを決定すること。
【解決手段】 本発明による搬送波位相式ＧＰＳ測位装置は、１時刻での移動局側の衛星信号の搬送波位相の積算値データを取得し、前記１時刻以前の複数の時刻での基地局側の搬送波位相の積算値データに、前記１時刻での移動局側の搬送波位相の積算値データを関連付けて、移動局が観測する衛星信号の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。
【選択図】 図５

Description

本発明は、搬送波位相式による測位法により移動局の位置を検出する搬送波位相式ＧＰＳ測位装置及び方法等に関する。

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”）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”と称される）が含まれている。

この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。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二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。

ところで、整数値バイアス確定後若しくは確定中に電波の途切れ（サイクルストリップ）が生じた場合、電波の途切れが回復した際に、再び整数値バイアスを確定し直す必要が生ずる。しかしながら、上述の技術は、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、整数値バイアスを再確定するのに非常に時間がかかるという問題点がある。

これに対して、電波の途切れが回復した際に、ＩＭＵ（慣性装置）の出力位置を中心として位置の誤差分散を半径とする探索空間を設定し、この探索空間内に解を有する整数値バイアス候補の中から整数値バイアスを決定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−９９９１０号公報

しかしながら、上述の従来技術は、ＲＴＫ測位装置以外にＩＭＵを必要とし、また、電波の途切れ中にＩＭＵが単独で計測した位置の誤差分散が算出されなければならない。また、長時間電波が途切れた場合には、その分だけ探索空間が広がることとなり、短時間で整数値バイアスを再決定することが困難となるという問題点もある。

そこで、本発明は、短時間で整数値バイアスを決定／再決定することができる搬送波位相式ＧＰＳ測位装置、搬送波位相式ＧＰＳ測位方法、搬送波位相式ＧＰＳ測位システム及び基地局の提供を目的とする、

上記課題を解決するため、本発明の一局面によれば、固定局である基地局の衛星からの受信データに基づいて導出された所定時間に亘る分散度合いデータに、移動局が前記所定時間よりも短い時間に亘って同衛星から受信したデータを関連付けて、移動局が観測する衛星信号の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整数値バイアス推定手段と、
整数値バイアス推定手段により推定された整数値バイアスを用いて移動局の位置を検出する位置検出手段とを含むことを特徴とする、搬送波位相式ＧＰＳ測位装置が提供される。

本局面によれば、前記所定時間よりも短い時間に亘った移動局側でのサンプリングデータを使用して整数値バイアスが推定されるので、整数値バイアス推定までの時間が短縮される。本局面による搬送波位相式ＧＰＳ測位装置は、基地局からデータ供給される移動局で具現化されてよく、若しくは、移動局側からデータ供給される基地局で具現化されてもよく、又は、基地局及び移動局の双方からデータ供給される他の別の施設で具現化されてよい。尚、前記分散度合いデータに関連付けられる移動局側のデータは、必ずしも前記分散度合いデータと同一種のデータである必要は無い。

本局面において、効果的には、精度向上の観点から、異常値が除外された分散度合いデータが整数値バイアスの推定に用いられる。また、衛星からの電波受信が基地局側で一時的に遮断された場合には、当該遮断前のデータが前記分散度合いデータから除外されてよい。

また、本局面において、前記所定時間に亘る分散度合いデータは、該所定時間中の複数の時刻での衛星信号の搬送波位相の積算値データであってよい。この場合、前記整数値バイアス推定手段は、該複数の時刻での基地局側の搬送波位相の積算値データに、前記複数の時刻より少ない数の時刻での移動局側の搬送波位相の積算値データを関連付けて、移動局が観測する衛星信号の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してよい。或いは、前記整数値バイアス推定手段は、該複数の時刻での基地局側の搬送波位相の積算値データに、１時刻での移動局側の搬送波位相の積算値データを関連付けて、移動局が観測する衛星信号の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してよい。後者の場合、シングルエポック測位が可能となる。

また、本局面において、前記位置検出手段は、前記整数値バイアス推定手段による整数値バイアスの推定後、移動局側の観測データのみに基づいて移動局の位置を検出してよい。これにより、整数値バイアス推定後における移動局と基準局との間の通信データ量が大幅に低減される。

また、本局面による搬送波位相式ＧＰＳ測位装置は、移動局の移動の有無を検出すると共に、該移動時の移動局の動的状態量を検出する動的状態量検出手段と、
移動局が停止している間、該停止中の複数時刻に亘る基地局側の搬送波位相の積算値データと移動局側の搬送波位相の積算値データとに基づいて、移動局が観測する衛星信号の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第２の整数値バイアス推定手段と、
移動局が移動している間、前記動的状態量の検出結果を考慮して、移動局が観測する衛星信号の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第３の整数値バイアス推定手段とを更に含んでよい。

この局面において、各整数値バイアス推定手段は、互いに独立して並列的に各推定処理を実行してよい。この局面によれば、互いに依存性の無い複数の整数値バイアスが推定されるので、これらを比較検証することで適切な整数値バイアスを利用することが可能となり、測位の精度及び信頼性が増す。例えば、前記位置検出手段は、前記第２若しくは第３の整数値バイアス推定手段によって整数値バイアスが推定された後は、前記第１の整数値バイアス推定手段によって推定された整数値バイアスに代えて、前記第２若しくは第３の整数値バイアス推定手段によって推定された整数値バイアスを用いて移動局の位置を検出してよい。また、移動体が車両である場合であって、車輪速センサに基づいて所定値以上のスリップ率が検出された場合、前記第３の整数値バイアス推定手段による整数値バイアス推定処理が初期化（キャンセル）されてよい。この場合、前記第３の整数値バイアス推定手段によって整数値バイアスが再び推定されるまでは、前記第１の整数値バイアス推定手段によって推定された整数値バイアスを用いて移動局の位置が検出されてよい。但し、第２の整数値バイアス推定手段により既に整数値バイアスが推定されている場合には、当該第２の整数値バイアス推定手段によって推定された整数値バイアスを用いて移動局の位置が検出されてよい。尚、第３の整数値バイアス推定手段によれば、移動局の動的状態量が考慮されるので、測位側である移動局が移動中であっても、整数値バイアスを高精度に推定することができる。

また、本局面において、通信可能な領域に基準局が複数存在する場合、移動局が観測している衛星と共通の衛星をより多く観測している基準局が選択され、該選択された基準局の分散度合いデータが用いられてよい。また、前記共通の衛星を同一数観測している基準局が複数存在する場合、各共通の衛星との間の受信強度のうちの最低受信強度が最も強い基準局が選択され、該選択された基準局の分散度合いデータが用いられてよい。或いは、必要な数の共通の衛星を受信し、且つ、各共通の衛星との間の受信強度が所定値を超えている基準局が、通信可能な領域に複数存在する場合、移動局に距離が最も近い基準局が選択され、該選択された基準局の分散度合いデータが用いられてよい。これにより、移動局の移動に伴い基準局を切り替える場合においても、当該切り替え時に整数値バイアス推定精度が悪化するのが防止される。

尚、上記局面による搬送波位相式ＧＰＳ測位装置は、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。

本発明のその他の一局面によれば、固定局である基地局の衛星からの受信データに基づいて導出された所定時間に亘る分散度合いデータに、移動局が前記所定時間より短い時間に亘って同衛星から受信したデータを関連付けて、移動局が観測する衛星信号の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ステップと、
推定された整数値バイアスを用いて移動局の位置を検出するステップとを含むことを特徴とする、搬送波位相式ＧＰＳ測位方法、若しくは、
１時刻での移動局側の搬送波位相の積算値データを取得するステップと、
前記１時刻以前の複数の時刻での基地局側の搬送波位相の積算値データを取得するステップと、
該複数の時刻での基地局側の搬送波位相の積算値データに、前記１時刻での移動局側の搬送波位相の積算値データを関連付けて、移動局が観測する衛星信号の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ステップとを含むことを特徴とする、搬送波位相式ＧＰＳ測位方法が提供される。

また、本発明のその他の一局面によれば、衛星からの受信データに基づいて所定時間に亘る分散度合いデータを導出する基準局と、
移動体に搭載される請求項１乃至１２の何れかに記載の搬送波位相式ＧＰＳ測位装置と、
前記搬送波位相式ＧＰＳ測位装置と前記基準局との間での通信を可能とする通信路とを含む、搬送波位相式ＧＰＳ測位システムが提供される。

また、本発明のその他の一局面によれば、移動体に搭載される請求項１乃至１２の何れかに記載の搬送波位相式ＧＰＳ測位装置に前記分散度合いデータを送る基準局、若しくは、
１時刻での移動局側の搬送波位相の積算値データを取得する手段と、
前記１時刻以前の複数の時刻での基地局側の搬送波位相の積算値データに、前記１時刻での移動局側の搬送波位相の積算値データを関連付けて、移動局が観測する衛星信号の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整数値バイアス推定手段と、
前記整数値バイアス推定手段により推定された整数値バイアスを用いて移動局の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段により検出された位置を移動局に送信する送信手段とを含む、基準局が提供される。

本発明によれば、短時間で精度良く整数値バイアスを決定することができる。

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、本発明に係る搬送波位相式ＧＰＳ測位システムの構成図である。図１に示すように、搬送波位相式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（既知点）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。

図２は、図１の搬送波位相式ＧＰＳ測位システムのより詳細な構成図である。移動局３０は、ＧＰＳ受信機３２を備える。ＧＰＳ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。ＧＰＳ受信機３２は、ＧＰＳアンテナ３２ａを介してＧＰＳ衛星１０から受信した電波を中間周波数に変換後、ＧＰＳ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、ＧＰＳ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Φ_ｉｕを計測する。尚、位相積算値Φ_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Φ_ｉｕは、次式に示すように、搬送波受信時刻ｔでの発振器の位相Θ_ｉｕ（ｔ）と、ＧＰＳ衛星１０_ｉでの衛星信号発生時の搬送波位相Θ_ｉｕ（ｔ−τ）との差として得られる。
Φ_ｉｕ（ｔ）＝Θ_ｉｕ（ｔ）−Θ_ｉｕ（ｔ−τ_ｕ）＋Ｎ_ｉｕ＋ε_ｉｕ（ｔ） 式（１）
ここで、τ_ｕは、ＧＰＳ衛星１０からＧＰＳ受信機３２までのトラベル時間を示し、ε_ｉｕは、ノイズ（誤差）を表わす。尚、位相差の観測開始時点では、ＧＰＳ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Φ_ｉｕ（ｔ）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。

移動局３０は、また、携帯電話等の通信機３３を備える。通信機３３は、後述する如く、基準局２０側の携帯電話基地局等のような通信施設２３と双方向通信を行うように構成されている。

基準局２０は、ＧＰＳアンテナ２２ａを備えるＧＰＳ受信機２２を有する。ＧＰＳ受信機２２は、移動局３０のＧＰＳ受信機３２と同様に、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、時刻ｔにおける搬送波位相の積算値Φ_ｉｂ（ｔ）を計測する。
Φ_ｉｂ（ｔ）＝Θ_ｉｂ（ｔ）−Θ_ｉｂ（ｔ−τ_ｂ）＋Ｎ_ｉｂ＋ε_ｉｂ（ｔ） 式（２）
尚、Ｎ_ｉｂは、整数値バイアスを示し、ε_ｉｂは、ノイズ（誤差）を表わす。尚、位相積算値Φ_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Φ_ｉｂを通信施設２３を介して移動局３０に送信する。尚、基準局２０は、所定領域に複数設置されている。各基準局２０と通信施設２３（複数も可）とは、図２に示すように、インターネット等のネットワークを介して接続されてよく、若しくは、各基準局２０毎に通信施設２３が設けられてもよい。前者の構成では、移動局３０は、通信施設２３との間で通信可能な状態である限り、各基準局２０が受信した情報を得ることができる。

図３は、移動局３０に搭載される本発明による搬送波位相式ＧＰＳ測位装置３４の一実施例を示す機能ブロック図である。本実施例の搬送波位相式ＧＰＳ測位装置３４は、演算器４０を中心に構成され、演算器４０には、上述のＧＰＳ受信機３２及び通信機３３に接続されている。演算器４０には、更に、移動局３０に搭載される各種センサ５０が接続される。尚、演算器４０は、ＧＰＳ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、ＧＰＳ受信機３２及び演算器４０及び／又は通信機３３は、ナビゲーション装置内に実装されてよい。

演算器４０は、マイクロコンピューターから構成されてよく、図３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、状態変数導出部４６と、整数値バイアス推定部４８とを含む。

衛星位置算出部４２は、ＧＰＳ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、観測可能な各ＧＰＳ衛星１０_ｉの、時刻ｔにおけるワールド座標系での位置（Ｘ_ｉ（ｔ）、Ｙ_ｉ（ｔ）、Ｚ_ｉ（ｔ））を計算する。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ｔでの各ＧＰＳ衛星１０_ｉの位置（Ｘ_ｉ（ｔ）、Ｙ_ｉ（ｔ）、Ｚ_ｉ（ｔ））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、後述する状態変数導出部４６への既知入力を作成する。例えば、移動局３０が車両の場合、動的状態量導入部４４は、車両の非駆動輪に設定された２つの車輪速センサや、ヨーレートセンサ、左右Ｇ加速度センサ、方位角計等の各種センサ５０の出力信号に基づいて、搬送波受信時刻ｔでの車両の前後速度Ｖｘ（ｔ）及び車両の左右速度Ｖｙ（ｔ）を算出する。

車両の速度ベクトル（Ｖｘ（ｔ）、Ｖｙ（ｔ））は、車体を基準としたボディ座標系（図４参照）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（ｔ）、Ｖｙ（ｔ））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（ｔ）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、ヨー角を無視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（ｔ）及び緯度λ（ｔ）を用いた変換で実現される。

具体的には、ワールド座標系における車両位置を（Ｘ_ｕ、Ｙ_ｕ、Ｚ_ｕ）とし、車両位置の経度及び緯度を（φ、λ）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（３）
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。

尚、経度φ（ｔ）及び緯度λ（ｔ）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（ｔ）及び緯度λ（ｔ）は、単独測位により得られる移動局３０の経度φ（ｔ）及び緯度λ（ｔ）（変動値）であってもよい。また、ヨー角度ψ（ｔ）は、ヨー角速度（ヨーレートセンサの検出信号）を積分することで算出されてよく、若しくは、方位角計を用いて決定されてもよい。

上記式（３）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（ｔ_ｎ）＝Ｘ_ｕ（ｔ_ｎ−１）＋ＤＴ・Ｕ０１ 式（４）
Ｙ_ｕ（ｔ_ｎ）＝Ｙ_ｕ（ｔ_ｎ−１）＋ＤＴ・Ｕ０２ 式（５）
Ｚ_ｕ（ｔ_ｎ）＝Ｚ_ｕ（ｔ_ｎ−１）＋ＤＴ・Ｕ０３ 式（６）
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（６−１）
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、ｔ_ｎ＝ｔ_ｎ−１＋ＤＴである。尚、以下では、説明上、サンプル時間ＤＴは、上述のＧＰＳ受信機２２，３２による位相積算値の演算周期と同一であるとする。

整数値バイアス推定部４８は、２種類の位相積算値、即ち、移動局３０が通信機３３を介して受信する基準局２０側の位相積算値Φ_ｉｂ、及び、移動局３０側の位相積算値Φ_ｉｕを用いて、整数値バイアスを推定する。具体的には、時刻ｔにおける２つのＧＰＳ衛星１０_ｊ、１０_ｈ（ｉ＝ｊ、ｈ、但し、ｊ≠ｈ）に関する位相積算値の２重位相差は、次式となる。
Φ_ｊｈｂｕ＝（Φ_ｊｂ（ｔ）−Φ_ｊｕ（ｔ））−（Φ_ｈｂ（ｔ）−Φ_ｈｕ（ｔ）） 式（７）
一方、位相積算値の２重位相差Φ_ｊｈｂｕは、（ＧＰＳ衛星１０_ｉとＧＰＳ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。

ここで、式（８）における［Ｘ_ｂ（ｔ）、Ｙ_ｂ（ｔ）、Ｚ_ｂ（ｔ）］は、時刻ｔにおける基準局２０のワールド座標系における座標値（既知）であり、［Ｘ_ｕ（ｔ）、Ｙ_ｕ（ｔ）、Ｚ_ｕ（ｔ）］は、時刻ｔにおける移動局３０の座標値（未知）であり、［Ｘ_ｊ（ｔ）、Ｙ_ｊ（ｔ）、Ｚ_ｊ（ｔ）］及び［Ｘ_ｈ（ｔ）、Ｙ_ｈ（ｔ）、Ｚ_ｈ（ｔ）］は、時刻ｔにおける各ＧＰＳ衛星１０_ｊ、１０_ｈの座標値（衛星位置算出部４２により算出）である。Ｎ_ｊｈｂｕは、整数値バイアスの２重位相差である（即ち、Ｎ_ｊｈｂｕ＝（Ｎ_ｊｂ−Ｎ_ｊｕ）−（Ｎ_ｈｂ−Ｎ_ｈｕ））。

整数値バイアス推定部４８は、２つのＧＰＳ衛星１０_ｊ、１０_ｈの異なる４個以上の組み合せに対して、式（７）により各２重位相差Φ_ｊｈｂｕを算出し、式（８）の関係式を導出する。例えば、５つのＧＰＳ衛星１０_１〜５が観測可能な状況下では、ＧＰＳ衛星１０_１を参照衛星として、Φ_１２ｂｕ、Φ_１３ｂｕ、Φ_１４ｂｕ、Φ_１５ｂｕに対する上記算出が実行される。

このようにして、整数値バイアス推定部４８は、受信開始時刻から所定周期毎（ｔ＝ｔ_１、．．．、ｔ_ｎ）に、各時刻における２重位相差Φ_ｊｈｂｕを算出していく（式（８）の関係式を導出していく）。そして、整数値バイアス推定部４８は、長時間（ｔ＝ｔ_１〜ｔ_ｎ）に亘る多サンプルのデータに対してε_ｊｈｂｕの分散を求め（例えば、周知のカルマンフィルタや最小２乗法等の推定技術を用いて）、整数値バイアスＮ_ｊｕ、Ｎ_ｈｕを確定する（図７を用いて後述する処理概要参照）。他言すると、整数値バイアス推定部４８は、少なくとも整数値バイアスＮ_ｊｕ、Ｎ_ｈｕを確定するまで、各時刻毎の２重位相差Φ_ｊｈｂｕを蓄積していく必要がある。尚、基準局２０に関する整数値バイアスＮ_ｊｕ、Ｎ_ｈｕは、基準局２０側で既に確定されており、既知である（整数値バイアス推定部４８は、基準局２０から通信により取得している）。整数値バイアスＮ_ｊｕ、Ｎ_ｈｕが確定されると、以後、周知の干渉測位法により、正確な移動局３０の座標値が算出可能となる。

ところで、実際の測位においては、電波遮断により、ＧＰＳ衛星１０_ｉとＧＰＳ受信機２２若しくは３２との間で通信が不能となる状態が生じうる。かかる場合、再び整数値バイアスを確定する必要が生ずるが、この再確定処理は、可能な限り短時間でなされることが望ましい。しかしながら、上述の確定手法では、上述の如く長時間（ｔ＝ｔ_１〜ｔ_ｎ）のデータが必要であり、整数値バイアスを再確定するのに長時間（例えば６０秒程度）を要することになる。かかる議論は、測位中に必要なＧＰＳ衛星との通信が不能となる場合のみならず、測位の開始時においても同様に当てはまる。

これに対して、本実施例によれば、以下で詳説する特徴的な確定手法により、短時間での整数値バイアスの再確定処理を可能とする。以下、本実施例による特徴的な確定手法を説明する。尚、以下の説明では、上述の確定手法を“時系列対応型確定手法”と称して区別する。

図５は、本実施例の搬送波位相式ＧＰＳ測位装置３４（整数値バイアス推定部４８）による特徴的な整数値バイアス確定手法のフローチャートである。尚、整数値バイアス推定部４８は、図５の処理ルーチンとは別に、上述の時系列対応型確定手法による整数値バイアス確定処理及び整数値バイアス確定後の移動局３０の位置算出処理を実行していてよい。

本処理ルーチンは、先ず、ステップ１００において、電波遮断があった場合、若しくは、車両のイグニションスイッチがオンとされた場合に、起動される。尚、ここでいう電波遮断とは、移動局３０のＧＰＳ受信機３２が、測位継続に必要なＧＰＳ衛星１０からのＧＰＳ信号を受信できなくなった状態をいう（サイクルストリップと称される位相積算値が不連続となる状態を含む）。尚、この場合、上述の時系列対応型確定手法による整数値バイアス確定処理若しくは整数値バイアス確定後の移動局３０の位置算出処理が実質的に不能となる。

電波遮断があった場合、ステップ１０５においてＧＰＳ衛星１０との受信が再開・開始された時点で（本例では、ｔ＝ｔ_ｎとする）、ステップ１１０以後の処理に進む。車両のイグニションスイッチがオンとされた場合、直接ステップ１１０以後の処理に進む。

ステップ１１０では、整数値バイアス推定部４８に、基準局２０側で算出されているｔ＝ｔ_ｎ以前（本例では、ｔ＝ｔ_ｎ−ａからｔ＝ｔ_ｎまで）の位相積算値Φ_ｉｂ（ｔ_ｎ−ａ）、．．．、Φ_ｉｂ（ｔ_ｎ）が供給される。尚、これらのデータは、基準局２０側に適切な要求信号を送出して取得してもよく、或いは、移動局３０が基準局２０側からデータを常時受信している構成では、移動局３０側で記憶しておいた記憶データ（所定のメモリ内の記憶データ）から読み出してもよい。後者の場合、現時刻より前の位相積算値Φ_ｉｂ（ｔ_ｎ−ａ）、．．．、Φ_ｉｂ（ｔ_ｎ−１）が読み出されてもよい。

続くステップ１２０では、整数値バイアス推定部４８に、受信が再開・開始された時点（ｔ＝ｔ_ｎ）の移動局３０側の位相積算値Φ_ｉｕ（ｔ_ｎ）が供給される。

続くステップ１３０では、整数値バイアス推定部４８は、ステップ１１０及びステップ１２０で取得した位相積算値のみに基づいて、整数値バイアスを再確定・確定する。この際に採用される手法は、上述の時系列対応型確定手法とは、位相積算値の２重位相差を算出する際に使用する位相積算値Φの組み合せ方が異なる。具体的には、ステップ１３０においては、例として２つのＧＰＳ衛星１０_ｊ、１０_ｈ（ｉ＝ｊ、ｈ、但し、ｊ≠ｈ）に関する位相積算値の２重位相差は、次式のように算出される。
Φ_ｊｈｂｕ＝（Φ_ｊｂ（ｔ_ｋ）−Φ_ｊｕ（ｔ_ｎ））−（Φ_ｈｂ（ｔ_ｋ）−Φ_ｈｕ（ｔ_ｎ）） 式（９）
この際、式（９）のΦ_ｊｂ（ｔ_ｋ）には、上記ステップ１１０で得たΦ_ｊｂ（ｔ_ｎ−ａ）、．．．、Φ_ｊｂ（ｔ_ｎ）がそれぞれ代入され、式（９）のΦ_ｈｂ（ｔ_ｋ）には、上記ステップ１１０で得たΦ_ｈｂ（ｔ_ｎ−ａ）、．．．、Φ_ｈｂ（ｔ_ｎ）がそれぞれ代入される。従って、この時点ｔ＝ｔ_ｎで、位相積算値の２重位相差Φ_ｊｈｂｕが、複数個（本例では、ａ＋１個）生成される。尚、式（９）のΦ_ｊｕ（ｔ_ｎ）及びΦ_ｈｕ（ｔ_ｎ）は、上記ステップ１２０で得た時刻ｔ＝ｔ_ｎにおけるΦ_ｊｕ（ｔ_ｎ）及びΦ_ｈｕ（ｔ_ｎ）である。

これに対応して、上記式（８）の関係式がａ＋１個導出される。この際、式（８）における［Ｘ_ｂ（ｔ）、Ｙ_ｂ（ｔ）、Ｚ_ｂ（ｔ）］には、時刻ｔ＝ｔ_ｎ−ａ〜ｔ_ｎにおける基準局２０の座標値（既知）が代入され、基準局２０に対する［Ｘ_ｊ（ｔ）、Ｙ_ｊ（ｔ）、Ｚ_ｊ（ｔ）］及び［Ｘ_ｈ（ｔ）、Ｙ_ｈ（ｔ）、Ｚ_ｈ（ｔ）］には、時刻ｔ＝ｔ_ｎ−ａ〜ｔ_ｎにおける各ＧＰＳ衛星１０_ｊ、１０_ｈの座標値（既知）がそれぞれ代入されるが、移動局３０に対する［Ｘ_ｊ（ｔ）、Ｙ_ｊ（ｔ）、Ｚ_ｊ（ｔ）］及び［Ｘ_ｈ（ｔ）、Ｙ_ｈ（ｔ）、Ｚ_ｈ（ｔ）］には、常に時刻ｔ＝ｔ_ｎにおける各ＧＰＳ衛星１０_ｊ、１０_ｈの座標値（即ち、［Ｘ_ｊ（ｔ_ｎ）、Ｙ_ｊ（ｔ_ｎ）、Ｚ_ｊ（ｔ_ｎ）］及び［Ｘ_ｈ（ｔ_ｎ）、Ｙ_ｈ（ｔ_ｎ）、Ｚ_ｈ（ｔ_ｎ）］）がそれぞれ代入され、［Ｘ_ｕ（ｔ）、Ｙ_ｕ（ｔ）、Ｚ_ｕ（ｔ）］は、常に時刻ｔ＝ｔ_ｎにおける移動局３０の座標値（未知）である。一般的に示すと、次の通りである。

そして、整数値バイアス推定部４８は、これらのデータに対してε_ｊｈｂｕの分散を求め（例えば、周知のカルマンフィルタや最小２乗法等の推定技術を用いて）、整数値バイアスＮ_ｊｕ、Ｎ_ｈｕを確定する。ここで注目すべきことは、本実施例の確定方法によれば、時刻ｔ＝ｔ_ｎ以降のデータを必要とすることなく、受信が再開・開始された時点（ｔ＝ｔ_ｎ）で、整数値バイアスを確定することができることである（即ち、シングルエポック測位が実現できることである）。これにより、車両始動時やサイクルストリップ後の回復時に速やかに（瞬時に）測位を開始・再開することが可能となる。

尚、整数値バイアスは、実際には整数値であるので、ステップ１３０では、更に、カルマンフィルタ等により導出した実数解に対して最も近い整数解（即ち、波数）を求める。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。整数値バイアスが確定されると、以後、ステップ１４０において、周知の干渉測位法（キネマティック法（ＲＴＫ−ＧＰＳ測位アルゴリズム））により測位が開始・再開され、正確な移動局３０の位置が算出される。尚、このようにして検出された移動局３０の位置は、種々の制御や情報提示のために供されてよく、例えばナビゲーション装置の画面上や携帯電話の地図上に出力・表示されてよい。

以上説明したように、本実施例によれば、ある時刻における移動局３０側のデータと、当該時刻以前のデータを含む基準局２０側のデータを効率的に組み合せることで、少ない量の移動局３０側のデータで整数値バイアスを確定することができる。従って、測位開始時やサイクルストリップ後の回復時に速やかに（瞬時に）整数値バイアスを確定することができ、測位を開始・再開することができる。

尚、上記処理ルーチンにおいて、基準局２０から取得する位相積算値は、必ずしも時刻ｔ＝ｔ_ｎ−ａ〜ｔ_ｎまでの全ての位相積算値である必要はなく、一部の位相積算値が欠落していてもよい。即ち、基準局２０から取得する位相積算値の数は、上述のステップ１３０の処理により信頼性の高い整数値バイアスを確定できる限り、如何なる数であってもよい。

また、上記処理ルーチンにおいて、移動局３０が基準局２０から位相積算値そのものを取得するのに代って、基準局２０から位相積算値の分散度合いに関するデータを取得してもよい。例えば、整数値バイアス推定部４８が上記ステップ１３０の処理の過程で作成する共分散行列等を基準局２０側で作成できる場合（そのためには、位相積算値Φ_ｉｕ（ｔ_ｎ）を基準局２０側に送る必要がある）、それを基準局２０側から移動局３０に送信してもよい。また、同様の観点から、移動局３０が位相積算値Φ_ｉｕ（ｔ_ｎ）を基準局２０側に送り、基準局２０側で上記ステップ１３０の処理及び移動局３０の位置算出処理を実行し、基準局２０から処理結果（整数値バイアス及び／又は移動局３０の位置）のみが移動局３０に送信されてもよい。この場合、移動局３０側の処理負担が大幅に低減されるとともに、基準局２０と移動局３０との間のデータ通信量が大幅に低減される。

また、上記処理ルーチンにおいて、整数値バイアスを確定する際に使用する移動局３０側の位相積算は、必ずしも１つである必要はなく（上記例では、位相積算値Φ_ｉｕ（ｔ_ｎ）のみ）、２個以上の位相積算値（但し、上記例では、ａ＋１個未満）が同様の態様で使用されてもよい。例えば時刻ｔ＝ｔ_ｎ以降のデータを用いる場合、整数値バイアス確定までの時間が増加するが、基準局２０側から取得する位相積算値の数が少なくても、多くの組み合せが作成でき、同様に、信頼性の高い整数値バイアスを確定することが可能である。

また、上記処理ルーチンにおいて、例えば５つのＧＰＳ衛星１０_１〜５が観測可能な状況下で、ＧＰＳ衛星１０_２に関してサイクルストリップが生じた場合、必ずしもＧＰＳ衛星１０_２以外の位相積算値に対しても同様の処理が実行される必要はない。この場合、例えば、位相積算値の２重位相差Φ_１２ｂｕについては、Φ_１ｕ（ｔ_ｎ）、Φ_２ｕ（ｔ_ｎ）を用いて上記式（９）及び上記式（１０）が適用され、他の位相積算値の２重位相差Φ_１３ｂｕ（Φ_１４ｂｕ、Φ_１５ｂｕも同様）については、Φ_１ｕ（ｔ_ｎ−ａ）、．．．、Φ_１ｕ（ｔ_ｎ）、Φ_３ｕ（ｔ_ｎ−ａ）、．．．、Φ_３ｕ（ｔ_ｎ）を用いて上記式（７）及び上記式（８）が適用されてよい。この場合、これらのデータを複合的に用いて、整数値バイアスＮ_ｊｕ、Ｎ_ｈｕの推定処理が実行されることになる。

図６は、図５のステップ１４０の後（時刻ｔ＝ｔ_ｎ後）に選択的に実行されてよい処理を示すフローチャートである。例えば、図６の処理ルーチンは、上記ステップ１２０により得た位相積算値Φ_ｉｕ（ｔ_ｎ）やそれを基に算出された移動局３０の位置に明らかに異常がある場合（例えば、サイクルストリップ間の移動局３０の位置変化が、移動局３０の移動速度では実現されえない場合）に実行されてよい。

ステップ１５０では、時刻ｔ＝ｔ_ｎの次のサンプル時刻ｔ＝ｔ_ｎ＋１において、整数値バイアス推定部４８に移動局３０側の位相積算値Φ_ｉｕ（ｔ_ｎ＋１）が供給される。尚、時刻ｔ＝ｔ_ｎの後、サイクルストリップにより再度移動局３０側の位相積算値が観測できない場合、図５の処理ルーチンが再度起動されることになる。

ステップ１６０では、整数値バイアス推定部４８に、基準局２０側で算出されているｔ＝ｔ_ｎ＋１以前（本例では、ｔ＝ｔ_{ｎ−ａ−１}からｔ＝ｔ_ｎ＋１まで）の位相積算値Φ_ｉｂ（ｔ_{ｎ−ａ−１}）、．．．、Φ_ｉｂ（ｔ_ｎ＋１）が供給される。尚、同様に、これらの基準局２０側のデータは、移動局３０側が適切な要求信号を送出して基準局２０側から取得してもよく、或いは、基準局２０側からデータを常時受信している構成では、移動局３０側で記憶しておいた記憶データ（所定のメモリ内の記憶データ）から読み出してもよい。

続くステップ１７０では、上記図５のステップ１３０と同様の処理が、位相積算値Φ_ｉｕ（ｔ_ｎ＋１）を用いて実行される。即ち、上記式（９）及び式（１０）において、ｔ_ｎに代えてｔ_ｎ＋１が導入される。そして、整数値バイアス推定部４８は、上述の如くこれらのデータに対して処理を実行し、整数値バイアスＮ_ｊｕ、Ｎ_ｈｕを確定する。尚、本ステップ１７０においては、今回の処理で得た位相積算値データに加えて、以前に得た位相積算値データ（今回の処理ルーチンが初回である場合、ステップ１３０で得た位相積算値データ、初回でない場合、ステップ１３０で得た位相積算値データ及び今回以前のステップ１７０で得た位相積算値データ）を複合的に用いて、整数値バイアスＮ_ｊｕ、Ｎ_ｈｕの推定処理が実行されてもよい。

続くステップ１８０では、前回の確定した整数値バイアスの値と今回の値とが比較検証される。例えば、サイクルストリップ間の移動局３０の速度履歴等から上記ステップ１３０により得た整数値バイアスに明らかに異常であると判断できる場合、今回の整数値バイアスを用いて測位が継続されてよい（上記ステップ１４０参照）。

以後、ステップ１５０乃至１８０の処理は、本処理ルーチンと並列的に実行されている上述の時系列対応型確定手法により整数値バイアスが確定されるまで（ステップ１９０）、ｔ＝ｔ_ｎ以降の各時刻ｔ＝ｔ_ｎ＋ｍ（ｍ＝２、３．．．）で繰り返し実行される。

上述の時系列対応型確定手法により整数値バイアスが確定されると、ステップ２００において、双方の確定手法により確定された整数値バイアスが比較検証され、以後、時系列対応型確定手法により確定された整数値バイアスを用いて（即ち、整数値バイアスの引継ぎが実行されうる）、周知の干渉測位法により測位が継続されてよい。

図７は、図５（及び図６）の処理と並列的に実行されてよい上述の時系列対応型確定手法による整数値バイアス確定処理を示すフローチャートである。

先ず、ステップ３００では、移動局３０が移動しているか否かが判断される。この判断は、車輪速センサ（移動局３０が車両の場合）や画像処理等により実現されてよい。

移動局３０が静止していると判断された場合、ステップ３１０において、静止モデルを用いて、上述の時系列対応型確定手法による整数値バイアス確定処理が実行される。本ステップ３１０の処理中に移動局３０の移動が生じた場合（ステップ３２０）、処理が中止・初期化される。一方、整数値バイアスが確定されるまで移動局３０が静止した状態であった場合には、ステップ３７０に進み、ステップ３７０では、確定された整数値バイアスの値が、上記図５又は図６の処理により得られた整数値バイアスの値と比較検証される（上記ステップ２００参照）。

ステップ３００で移動局３０が移動していると判断された場合、ステップ３４０において、移動モデルを用いて、上述の時系列対応型確定手法による整数値バイアス確定処理が実行される。具体的には、整数値バイアス推定部４８は、動的状態量導入部４４によって導出された既知入力（上記式（６−１）参照）を用いて、次の状態方程式を設定する。
η（ｔ_ｎ）＝η（ｔ_ｎ−１）＋Ｕ（ｔ_ｎ−１）＋Ｗ（ｔ_ｎ−１） 式（１１）
ここで、η（ｔ_ｎ）は、時刻ｔ＝ｔ_ｎでの状態変数を表わし、移動局３０の位置［Ｘ_ｕ（ｔ_ｎ）、Ｙ_ｕ（ｔ_ｎ）、Ｚ_ｕ（ｔ_ｎ）］、及び、整数値バイアスの２重位相差Ｎ_ｉｊｂｕである。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。尚、静止モデルでは、式（１１）の既知入力Ｕ（ｔ_ｎ−１）の項が存在しない。

また、整数値バイアス推定部４８は、次の観測方程式を設定する（静止モデルの場合も同様）。
Ｚ（ｔ_ｎ）＝Ｈ（ｔ_ｎ）・η（ｔ_ｎ）＋Ｖ（ｔ_ｎ） 式（１２）
を用いて、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（上記式（７）参照）である。上記式（１１）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、式（８）の各項が状態変数Ｘ_ｕ、Ｙ_ｕ及びＺ_ｕのそれぞれで偏微分され、式（１２）のＨが求められる。

従って、上記式（１１）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（ｔ_ｎ）^（−）＝η（ｔ_ｎ−１）^（＋）＋Ｕ（ｔ_ｎ−１） 式（１３）
Ｐ（ｔ_ｎ）^（−）＝Ｐ（ｔ_ｎ−１）^（＋）＋Ｑ（ｔ_ｎ−１） 式（１４）
また、観測更新として、
Ｋ（ｔ_ｎ）＝Ｐ（ｔ_ｎ）^（−）・Ｈ^Ｔ（ｔ_ｎ）・（Ｈ（ｔ_ｎ）・Ｐ（ｔ_ｎ）^（−）・Ｈ^Ｔ（ｔ_ｎ）＋Ｒ（ｔ_ｎ））^−１ 式（１５）
η（ｔ_ｎ）^（＋）＝η（ｔ_ｎ）^（−）＋Ｋ（ｔ_ｎ）・（Ｚ（ｔ_ｎ）−Ｈ（ｔ_ｎ）・η（ｔ_ｎ）^（−）） 式（１６）
Ｐ（ｔ_ｎ）^（＋）＝Ｐ（ｔ_ｎ）^（−）−Ｋ（ｔ_ｎ）・Ｈ（ｔ_ｎ）・Ｐ（ｔ_ｎ）^（−） 式（１７）
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（１３）及び式（１６）がフィルタ方程式、上記式（１５）がフィルタゲイン、上記式（１４）及び式（１７）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。尚、静止モデルでは、式（１３）のＵ（ｔ_ｎ−１）の項が存在しない。

この結果、整数値バイアスの推定値は、実数解として求められる。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。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。

本ステップ３４０の処理中、移動局３０のスリップ率が所定値以上となった場合（ステップ３５０）、移動モデル（即ち、上述の既知入力）の信頼性が落ちるため、整数値バイアスの確定処理が中止・初期化される（ステップ３６０）。移動局３０のスリップ率は、移動局３０が車両の場合、ＡＢＳ制御の分野で知られているように、車輪速センサ（や加速度センサ等）の出力値に基づいて検出されてよい。

一方、ステップ３４０の処理中、移動局３０のスリップ率が所定値以上とならなかった場合、ステップ３７０に進み、ステップ３７０では、確定された整数値バイアスの値が、上記図５又は図６の処理により得られた整数値バイアスの値と比較検証される（上記ステップ２００参照）。

尚、上記ステップ３３０及びステップ３６０により処理が中止された場合は、その後、何れかのモデルにより整数値バイアスが確定されるまで、上記図５又は図６の処理により得られた整数値バイアスが使用されてよい。また、図７の処理中にサイクルストリップが生じた場合には、上記ステップ３３０及びステップ３６０と同様に処理が中止・初期化され、その後、何れかのモデルにより整数値バイアスが確定されるまで、上記図５又は図６の処理により得られた整数値バイアスが使用されてよい。

以上のように、本実施例によれば、移動モデルを導入することで（即ち、既知の外部入力Ｕ（ｔ）をカルマンフィルタに入力することで）、移動局３０の移動中においても整数値バイアスを高精度に確定することができる。また、移動局３０の移動状況に応じて移動モデル及び静止モデルを使い分けることで、整数値バイアスの推定精度が向上する（但し、移動局３０が停止している場合に移動モデルの既知入力をゼロとすることで、移動モデルのみを用いてもよい）。また、上記図５及び図６の処理と、図７の処理とを並列的に実行することで、互いに依存しない整数値バイアスの値を比較検証し、適切な整数値バイアスを選択して測位を実現することも可能となり、測位の信頼性が向上する。尚、この観点から、ＧＰＳ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処理が同時に並列的に実行されてよい。この場合、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。

図８は、上述の図５（図６及び図７）の移動局３０側の処理に関連して実行される基準局２０側の処理を示すフローチャートである。

ステップ４００では、通常の処理として、各基準局２０は、各ＧＰＳ衛星１０_ｉからのＧＰＳ信号に基づいて計測された位相積算値Φ_ｉｂを、各ＧＰＳ衛星１０_ｉ毎に且つ各時刻毎にそれぞれ記憶・管理する。尚、この処理は、各基準局２０を統括管理するセンター施設（図示せず）により実行されてもよい。本ステップ４００の処理は、あるＧＰＳ衛星１０_ｋに関するデータにサイクルストリップが発生しない限り（ステップ４１０）、継続的に実行される（但し、新たなデータが作成される毎に所定時間前のデータから順次消去されていってもよい）。尚、各基準局２０と各ＧＰＳ衛星１０_ｉとの間の各整数値バイアスＮ_ｉｂは、初期段階のステップ４００の処理中に導出されていてよい。また、各基準局２０は、計測された位相積算値Φ_ｉｂの信頼性を判断してよく、例えば異常値が存在していると判断できる場合には、当該異常値を記憶しないこととしてよく、或いは、当該異常値を移動局３０に送信しないこととしてよい。

本ステップ４００により記憶・導出されたデータは、基準局２０の通信施設２３を介して、上述の如く移動局３０からの要求に応じて当該移動局３０に送信されてよく（上記ステップ１１０等参照）、或いは、各ＧＰＳ衛星１０_ｉからの受信サイクル毎にブロードキャストされてよい。尚、前者の場合、送信先の移動局３０の特定は、移動局３０からの要求信号に含まれるＩＤコードにより実現されてよい。また、前者の場合、基準局２０は、移動局３０からの要求に応じて、特定のデータのみを移動局３０に送信してもよい。

上記ステップ４００において、あるＧＰＳ衛星１０_ｋに関してサイクルストリップが発生したことが検出された場合、ステップ４２０に進み、基準局２０は、当該ＧＰＳ衛星１０_ｋに関するサイクルストリップ発生以前に記憶したデータを消去する。

以上のように、本実施例によれば、移動局３０にサイクルストリップ発生以前のデータが送信されることが無くなる。但し、サイクルストリップ発生以前に記憶したデータを保持するが、かかるデータを移動局３０に送信しないこととしてもよい（即ち、サイクルストリップ後の回復後のデータのみを送信する）。これにより、移動局３０側は、要求信号を送出するだけで信頼性の高い基準局２０側のデータのみを得ることができ、基準局２０側から送られてくるデータの信頼性をチェックする負担が無くなる。

図９は、複数の基準局２０との間で通信可能な状況にある際の移動局３０側の処理を示すフローチャートである。

ステップ５００では、先ず、移動局３０と複数の基準局２０との間で通信可能であるか否かが判断される。複数の基準局２０との間で通信可能となった場合、ステップ５１０において、移動局３０が捕捉しているＧＰＳ衛星１０_ｉと、各基準局２０が捕捉しているＧＰＳ衛星１０_ｉとの対応関係が検出される。この際、移動局３０と基準局２０とで共通に受信しているＧＰＳ衛星１０（以下、「共通衛星１０」という）の数が特定される。

続くステップ５２０において、共通衛星１０を最も多く受信している基準局２０が唯一存在すると判断された場合、移動局３０は、当該基準局２０のデータを採用して上述の図５（図６及び図７）を実行する。例えば、移動局３０が７つのＧＰＳ衛星１０_１〜７を観測可能な状態にある場合であって、ある基準局２０_１が、ＧＰＳ衛星１０_１〜６を受信しており、その他の基準局２０_２が、ＧＰＳ衛星１０_１〜５及び１０_８〜１１を受信している場合、最も多い（この場合、６個）共通衛星１０_１〜６を受信している基準局２０_１が選択される。

一方、共通衛星１０を最も多く受信している基準局２０が多数存在すると判断された場合、ステップ５３０に進む。ステップ５３０では、各共通衛星１０に対する信号受信強度が当該多数の基準局２０間で比較される。当該多数の基準局２０の各信号受信強度は、当該多数の基準局２０側で計測され、移動局３０に送信されてよい。

続くステップ５４０において、各共通衛星１０を基準値以上の受信状態で受信している基準局２０が唯一存在すると判断された場合、移動局３０は、当該基準局２０のデータを採用して上述の図５（図６及び図７）を実行する。この際、各共通衛星に対する信号受信強度のうちの最低値が最も大きい基準局２０が選択されてよい（この場合、以下のステップ５５０は不要）。

一方、共通衛星１０を最も良好な受信状態で受信している基準局２０が多数存在すると判断された場合、ステップ５５０に進む。ステップ５５０では、移動局３０との距離が当該多数の基準局２０間で比較される。続くステップ５６０では、移動局３０との距離が最も小さい基準局２０が選択される。この結果、移動局３０は、距離が最も小さい基準局２０のデータを採用して上述の図５（図６及び図７）を実行する。

以上のように、本実施例によれば、通信可能な複数の基準局２０の中から最も適切な基準局２０のデータが使用されるので、移動局３０の移動に伴い基準局２０を切り替える場合においても、当該切り替え時に整数値バイアス推定精度や位置検出精度が悪化するのが防止される。尚、基準局２０の選択時の優先順位（即ち、共通衛星１０の数、受信強度、距離）は、必ずしも上述の実施例の通りである必要はなく、例えば、共通衛星１０の数が必要数以上あり、且つ、受信強度が所定の下限値を超えていることを前提として、移動局３０との距離が最も小さい基準局２０を優先的に選択してもよい。この場合（距離を優先する場合）、電離層屈折効果や対流圏屈折効果の影響を最小化することができ、整数値バイアス推定精度等が向上する。また、本実施例において、共通衛星１０の数が必要数以上あり、且つ、受信強度が許容値を超えている基準局２０が複数ある場合、当該複数の基準局２０のデータを独立的に用いて上述の図５（図６及び図７）の処理を並列的に実行してもよい。

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（１１）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ＧＰＳ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場合があるが、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。

本発明に係る搬送波位相式ＧＰＳ測位システムの構成図である。 図１の搬送波位相式ＧＰＳ測位システムのより詳細な構成図である。 移動局３０に搭載される本発明による搬送波位相式ＧＰＳ測位装置３４の一実施例を示す機能ブロック図である。 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。 本実施例の搬送波位相式ＧＰＳ測位装置３４による特徴的な整数値バイアス確定手法のフローチャート（その１）である。 本実施例の搬送波位相式ＧＰＳ測位装置３４による特徴的な整数値バイアス確定手法のフローチャート（その２）である。 図５（及び図６）の処理と並列的に実行されてよい時系列対応型確定手法による整数値バイアス確定処理を示すフローチャートである。 図５（図６及び図７）の移動局３０側の処理に関連して実行される基準局２０側の処理を示すフローチャートである。 複数の基準局２０との間で通信可能な状況にある際の移動局３０側の処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ ＧＰＳ衛星
２０ 基準局
２２ 基準局側ＧＰＳ受信機
３０ 移動局
３２ 移動局側ＧＰＳ受信機
３４ 搬送波位相式ＧＰＳ測位装置
４０ 演算器
４２ 衛星位置算出部
４４ 動的状態量導入部
４６ 状態変数導出部
４８ 整数値バイアス推定部

Claims (17)

1. 固定局である基地局の衛星からの受信データに基づいて導出された所定時間に亘る分散度合いデータに、移動局が前記所定時間よりも短い時間に亘って同衛星から受信したデータを関連付けて、移動局が観測する衛星信号の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整数値バイアス推定手段と、
   整数値バイアス推定手段により推定された整数値バイアスを用いて移動局の位置を検出する位置検出手段とを含むことを特徴とする、搬送波位相式ＧＰＳ測位装置。
2. 異常値が除外された分散度合いデータが用いられる、請求項１記載の搬送波位相式ＧＰＳ測位装置。
3. 衛星からの電波受信が基地局側で一時的に遮断された場合、当該遮断前のデータが前記分散度合いデータから除外される、請求項１記載の搬送波位相式ＧＰＳ測位装置。
4. 前記所定時間に亘る分散度合いデータは、該所定時間中の複数の時刻での衛星信号の搬送波位相の積算値データであり、
   前記整数値バイアス推定手段は、該複数の時刻での基地局側の搬送波位相の積算値データに、前記複数の時刻より少ない数の時刻での移動局側の搬送波位相の積算値データを関連付けて、移動局が観測する衛星信号の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ことを特徴とする、請求項１記載の搬送波位相式ＧＰＳ測位装置。
5. 前記所定時間に亘る分散度合いデータは、該所定時間中の複数の時刻での衛星信号の搬送波位相の積算値データであり、
   前記整数値バイアス推定手段は、該複数の時刻での基地局側の搬送波位相の積算値データに、１時刻での移動局側の搬送波位相の積算値データを関連付けて、移動局が観測する衛星信号の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ことを特徴とする、請求項３記載の搬送波位相式ＧＰＳ測位装置。
6. 前記位置検出手段は、前記整数値バイアス推定手段による整数値バイアスの推定後、移動局側の観測データのみに基づいて移動局の位置を検出する、請求項１記載の搬送波位相式ＧＰＳ測位装置。
7. 移動局の移動の有無を検出すると共に、該移動時の移動局の動的状態量を検出する動的状態量検出手段と、
   移動局が停止している間、該停止中の複数時刻に亘る基地局側の搬送波位相の積算値データと移動局側の搬送波位相の積算値データとに基づいて、移動局が観測する衛星信号の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第２の整数値バイアス推定手段と、
   移動局が移動している間、前記動的状態量の検出結果を考慮して、移動局が観測する衛星信号の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第３の整数値バイアス推定手段とを更に含む、請求項４記載の搬送波位相式ＧＰＳ測位装置。
8. 前記位置検出手段は、前記第２若しくは第３の整数値バイアス推定手段によって整数値バイアスが推定された後は、前記第１の整数値バイアス推定手段によって推定された整数値バイアスに代えて、前記第２若しくは第３の整数値バイアス推定手段によって推定された整数値バイアスを用いて移動局の位置を検出する、請求項７記載の搬送波位相式ＧＰＳ測位装置。
9. 前記移動局は、車輪を有する車両であり、前記動的状態量検出手段は、車輪の回転速度を検出する車輪速センサに少なくとも基づいて、動的状態量を検出しており、
   前記車輪速センサに基づいて所定値以上のスリップ率が検出された場合、前記第３の整数値バイアス推定手段による整数値バイアス推定処理が初期化され、前記位置検出手段は、前記第３の整数値バイアス推定手段によって整数値バイアスが再び推定されるまで、前記第１の整数値バイアス推定手段によって推定された整数値バイアスを用いて移動局の位置を検出する、請求項７記載の搬送波位相式ＧＰＳ測位装置。
10. 通信可能な領域に基準局が複数存在する場合、移動局が観測している衛星と共通の衛星をより多く観測している基準局が選択され、該選択された基準局の分散度合いデータが用いられる、請求項１記載の搬送波位相式ＧＰＳ測位装置。
11. 前記共通の衛星を同一数観測している基準局が複数存在する場合、各共通の衛星との間の受信強度のうちの最低受信強度が最も強い基準局が選択され、該選択された基準局の分散度合いデータが用いられる、請求項１０記載の搬送波位相式ＧＰＳ測位装置。
12. 必要な数の共通の衛星を受信し、且つ、各共通の衛星との間の受信強度が所定値を超えている基準局が、通信可能な領域に複数存在する場合、移動局に距離が最も近い基準局が選択され、該選択された基準局の分散度合いデータが用いられる、請求項１記載の搬送波位相式ＧＰＳ測位装置。
13. 固定局である基地局の衛星からの受信データに基づいて導出された所定時間に亘る分散度合いデータに、移動局が前記所定時間より短い時間に亘って同衛星から受信したデータを関連付けて、移動局が観測する衛星信号の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ステップと、
    推定された整数値バイアスを用いて移動局の位置を検出するステップとを含むことを特徴とする、搬送波位相式ＧＰＳ測位方法。
14. １時刻での移動局側の搬送波位相の積算値データを取得するステップと、
    前記１時刻以前の複数の時刻での基地局側の搬送波位相の積算値データを取得するステップと、
    該複数の時刻での基地局側の搬送波位相の積算値データに、前記１時刻での移動局側の搬送波位相の積算値データを関連付けて、移動局が観測する衛星信号の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ステップとを含むことを特徴とする、搬送波位相式ＧＰＳ測位方法。
15. 衛星からの受信データに基づいて所定時間に亘る分散度合いデータを導出する基準局と、
    移動体に搭載される請求項１乃至１２の何れかに記載の搬送波位相式ＧＰＳ測位装置と、
    前記搬送波位相式ＧＰＳ測位装置と前記基準局との間での通信を可能とする通信路とを含む、搬送波位相式ＧＰＳ測位システム。
16. 移動体に搭載される請求項１乃至１２の何れかに記載の搬送波位相式ＧＰＳ測位装置に前記分散度合いデータを送る基準局。
17. １時刻での移動局側の搬送波位相の積算値データを取得する手段と、
    前記１時刻以前の複数の時刻での基地局側の搬送波位相の積算値データに、前記１時刻での移動局側の搬送波位相の積算値データを関連付けて、移動局が観測する衛星信号の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整数値バイアス推定手段と、
    前記整数値バイアス推定手段により推定された整数値バイアスを用いて移動局の位置を検出する位置検出手段と、
    前記位置検出手段により検出された位置を移動局に送信する送信手段とを含む、基準局。

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