JP2006275560A

JP2006275560A - 移動体測位システム

Info

Publication number: JP2006275560A
Application number: JP2005090940A
Authority: JP
Inventors: Tasuku Yamazaki; 輔山崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】高い測位精度と高い測位率を備えた移動体測位システムを得る。
【解決手段】ＧＰＳ衛星からのＣ／Ａコードを用いて測位する測位方式により周期的にコード受信機測位情報を出力する１周波コード受信機と、前記ＧＰＳ衛星からの搬送波位相を観測する測位方式により前記コード受信機測位情報と同期してキャリア受信機測位情報を出力する２周波キャリア受信機と、前記コード受信機測位情報と前記キャリア受信機測位情報を入力し測位データを出力するデータ補完処理装置とを備え、前記データ補完処理装置は、ある測位時刻において前記キャリア受信機測位情報に基いて測位データを測位することが不能であるときに、測位データを測位することができた直近の測位時刻における前記キャリア受信機測位情報に基く測位データと前記コード受信機測位情報とを用いて、測位データを補完するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用した測位システムにおいて、特に、２周波キャリア受信機による測位結果を１周波コード受信機による測位結果で補完する移動体測位システムに関するものである。

ＧＰＳを利用して測位を行う方式としては大別して、ＧＰＳ衛星からのＣ／Ａコードを用いた測位方式と、ＧＰＳ衛星からの搬送波位相を観測する測位方式（ＲＴＫ方式、ＲＴＫ：Real Time Kinematic）がある。Ｃ／Ａコードを用いた測位方式では、一般に受信機に１周波コード受信機を使用して測位を行う。また、搬送波位相を測定する測位方式（ＲＴＫ方式）では一般に２周波キャリア受信機を使用して測位を行う。

１周波コード受信機を使用しＧＰＳ衛星からのＣ／Ａコードを用いて測位する測位方式では、受信機が安価である、測位率が高い、短時間で測位結果が得られる、という利点がある一方、測位精度が低くおよそ１０ｍ〜１００ｍ程度の測位精度しか得られない、という欠点がある。
一方、２周波キャリア受信機を使用しＧＰＳ衛星からの搬送波位相を測定する測位方式（ＲＴＫ方式）では、測位精度が高くｃｍクラスの高精度の測位結果が得られるという利点がある一方、測位率が低い、受信機が高価である、最初に整数値バイアスＮを決定して初期化するまでに時間を要し測位結果が得られるまで時間がかかる、また初期化後も衛星電波の受信が継続する限り各測定点を短時間で測位することができるが、測位途中で電波が中断したときは整数値バイアスＮの値は失われて基線解はフロート解となり、基線解をフィックス解に戻すには整数値バイアスＮを再び確定する必要があり、その間の例えば１０分以上の間は測位結果が得られない、という欠点がある。（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開平６−３４２０５４号公報特開２０００−３０４８４３号公報

正確な鉄道線路や道路路線等が記載された高精度なマップが求められているが、鉄道車両などの移動体に２周波キャリア受信機を搭載し、ＧＰＳ測位結果に基いて正確な鉄道線路や道路路線等の高精度なマップを作成しようとすると、２周波キャリア受信機では測位率が低く、衛星の受信状態により一旦受信が中断されると初期化までの間は測位結果が得られないという問題があった。このため、頻繁に受信中断が発生する場所ではマップ作成の作業効率が著しく低下し、時間とコストがかかるという課題があった。また、１周波コード受信機では十分な測位精度が得られないという問題があった。

この発明は，かかる問題点を解決するためになされたもので，高い測位精度と高い測位率を備えた移動体測位システムを得ることを目的とする。

この発明の移動体測位システムは、ＧＰＳ衛星からのＣ／Ａコードを用いて測位する測位方式により周期的にコード受信機測位情報を出力する１周波コード受信機と、前記ＧＰＳ衛星からの搬送波位相を観測する測位方式により前記コード受信機測位情報と同期してキャリア受信機測位情報を出力する２周波キャリア受信機と、前記コード受信機測位情報と前記キャリア受信機測位情報を入力し測位データを出力するデータ補完処理装置とを備え、前記データ補完処理装置は、ある測位時刻において前記２周波キャリア受信機が出力する前記キャリア受信機測位情報に基いて測位データを測位することが不能であるときに、測位データを取得することができた直近の測位時刻における前記キャリア受信機測位情報に基く測位データと前記直近の測位時刻における前記コード受信機測位情報とを用いて、測位不能であった時刻における測位データを補完するようにした。

ＧＰＳを利用した移動体の測位において、高い測位精度と高い測位率を備えた移動体測位システムを得ることができる。これにより、鉄道路線や道路線路等の高精度なマップを簡易に作成することができる。

実施の形態．
実施の形態では、ＧＰＳ受信機を搭載した鉄道車両に鉄道路線上を走行させ、走行中にＧＰＳを利用して測位を行うことで、正確な鉄道路線のマップを作成する移動体測位システムについて説明する。
図１は、本発明の実施の形態における移動体測位システムの構成の一例を示す模式図である。
移動体測位システムは、ＧＰＳアンテナ１１、１周波コード受信機１２、２周波キャリア受信機１３、データ記憶部１６、データ補完処理装置２、補正データセンター３から構成される。

１周波コード受信機１２は、ＧＰＳ衛星から送信されるＬ１帯の周波数（１５７５．４２ＭＨｚ）のＧＰＳ信号を受信し、ＧＰＳ信号に含まれるＣ／Ａコードを用いて測位し、コード受信機測位情報１０１を出力するＧＰＳ受信機である。２周波キャリア受信機１３は、ＧＰＳ衛星から送信されるＬ１帯の周波数（１５７５．４２ＭＨｚ）とＬ２帯の周波数（１２２７．６ＭＨｚ）の２周波のＧＰＳ信号を受信し、その搬送波位相情報（キャリア情報）を観測し、キャリア受信機測位情報１０２を出力するＧＰＳ受信機である。
ＧＰＳアンテナ１１は、鉄道車両１の上部でＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号が受信できる位置に設置される。１周波コード受信機１２と２周波キャリア受信機１３は、データ記憶部１６と共に鉄道車両１内に設置される。データ記憶部１６は、コード受信機測位情報１０１を記憶する１周波コード受信機データベース（以下、コード受信機データベースという）１６１と、２周波コード受信機１３のキャリア受信機測位情報１０２を記憶する２周波キャリア受信機データベース（以下、キャリア受信機データベースという）１６２を備える。コード受信機データベース１６１とキャリア受信機データベース１６２は、共に書き換え可能であり、コード受信機データベース１６１とキャリア受信機データベース１６２に格納されたデータは持ち運び可能な記憶メディア３００等に移して、例えばデータ処理を行う事務所などに持ち出すことができる。

データ補完処理装置２はＧＰＳ受信機が設置され実際に測位を行う作業現場とは離れた事務所等に設置され、一連の測位データを用いて、補完処理などのデータの後処理を行う。データ補完処理装置２は補正データセンター３と有線または無線の通信回線で接続されている。補正データセンター３は、予め正確な位置が予め判っておりＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信機が設置された複数のＧＰＳ基準局（図示せず）と接続され、ＧＰＳ基準局からＧＰＳ信号や基準局の位置情報を受信して、基準局毎にＲＴＫ方式の測位に用いる補正データ１２０を算出し、各基準局と対応させて補正データ１２０を補正データベース３１に格納する。

次に、図２〜図５を用いて実施の形態の移動体測位システムの動作を説明する。
図２は、移動体測位システムの動作を説明するフローチャートである。図２のステップＳ１０１（以下、ステップを省略しＳ１０１という）において、コード受信機１２は鉄道車両１の上部に搭載されたＧＰＳアンテナ１１を経由して、上空の少なくとも４機以上のＧＰＳ衛星（図示せず）からのＬ１帯のＧＰＳ信号２００を受信する。同様に、キャリア受信機１３はＬ１帯のＧＰＳ信号２００とＬ２帯のＧＰＳ信号２０１を受信する。ＧＰＳアンテナ１１はＬ１帯、Ｌ２帯共用のアンテナである。

Ｓ１０２において、コード受信機１２は受信したＬ１帯のＧＰＳ信号２００に含まれるＣ／Ａコードに基いて単独測位を行い、単独測位によって得られたコード受信機測位情報１０１をデータ記憶部１６に出力する。ここで、コード受信機測位情報１０１には、コード受信機１２が測位を行った測位時刻、測位結果である緯度（以後、Ｘ２という）、経度（以後、Ｙ２という）、高度（以後、Ｚ２という）などの情報が含まれる。
キャリア受信機１３は、受信したＬ１帯のＧＰＳ信号２００とＬ２帯のＧＰＳ信号２０１を観測し、キャリア受信機測位情報１０２を求めてデータ記憶部１６に出力する。ここで、キャリア受信機測位情報１０２には、キャリア受信機１３が測位を行った測位時刻、疑似距離、搬送波位相（キャリア）、ドップラ、信号対雑音比（ＳＮ比）などの情報が含まれる。

Ｓ１０３において、データ記憶部１６は受信したコード受信機測位情報１０１をコード受信機データベース１６１に順次格納する。また、受信したキャリア受信機測位情報１０２をキャリア受信機データベース１６２に順次格納する。
車両１が測位終了地点に到着し測位作業が終了した時点で、作業者はコード受信機データベース１６１及びキャリア受信機データベース１６２に順次格納した情報を持ち運び可能な記憶メディア３００に移す。以上のＳ１０１〜Ｓ１０３のステップの内容は、測位データを収集する現地で行うものである。

次にＳ１０４において、事務所等に設置されたデータ補完処理装置２は、Ｓ１０３において持ち運び可能な記憶メディア３００に記憶したコード受信機データベース１６１及びキャリア受信機データベース１６２のデータを、データ補完処理装置２内のコード受信機データベース２６１及びキャリア受信機データベース２６２にそれぞれ格納する。

Ｓ１０５において、データ補完処理装置２は補正データセンター３に対して、ＲＴＫ（ＲＴＫ：Real Time Kinematic）方式の補正データ１２０の送信を要求する。データ補完処理装置２は、補正データセンター３から補正データ１２０を取得しデータ補完処理装置２内のＲＴＫ補正データベース１１３に格納する。

次にＳ１０６において、データ補完処理装置２の測位演算部５０は、キャリア受信機データベース２６２に測位時刻毎に格納されたキャリア受信機測位情報１０２とＲＴＫ方式の補正データ１２０に基いて、測位時刻毎に測位結果である緯度（以後、Ｘ１という）、経度（以後、Ｙ１という）、高度（以後、Ｚ１という）を算出して、測位補完部６０に出力する。
また、測位演算部５０は、コード受信機データベース２６１に格納されている、コード受信機１２が測位を行った測位時刻、測位結果である緯度（以後、Ｘ２という）、経度（以後、Ｙ２という）、高度（以後、Ｚ２という）を引き出して測位補完部６０に出力する。

図３に、測位補完部６０に出力されたキャリア受信機１３による測位データ（図３（ａ））とコード受信機１２による測位データ（図３（ｂ））の一例を示す。
図３（ａ）では、キャリア受信機１３が測位した測位座標と測位した測位時刻とが対応付けられ表示されている。ここで、データＮｏ．Ａ９、Ａ１１〜Ａ１５の測位座標が空（データ無し）となっているが、これはキャリア受信機１３において測位不能であったことを表している。
また、図３（ｂ）には、コード受信機１２が測位した測位座標と測位した測位時刻とが対応付けられ表示されている。
なお、コード受信機１２とキャリア受信機１３は同期が取られており、キャリア受信機１３とコード受信機１２は同時刻にそれぞれ、コード受信機測位情報１０１とキャリア受信機測位情報１０２を出力している。

次にＳ１０７において、測位補完部６０はキャリア受信機１３による測位結果（図３（ａ））より、測位不能となったデータ番号とその測位時刻を抽出する。

次にＳ１０８において、測位補完部６０は抽出した測位不能の測位座標を補完する。
次にＳ１０９において、測位補完部６０は補完後の測位結果を補完後測位データベース２６３に格納すると共に、表示装置等に表示する。

図４は、ステップＳ１０８において測位補完部６０が補完を行う補完方法の概略を説明する図である。
また、図５は、ステップＳ１０８において測位補完部６０が補完を行う補完方法のフローチャート図である。

測位補完部６０は、測位演算部５０から送られたキャリア受信機１３による測位データにおいて、測位時刻ｔが古いものから順にその測位時刻とその時刻に測位した測位座標を抽出する。
測位補完部６０は測位可否判定部６０１を備え、測位可否判定部６０１は測位座標が抽出できた場合は測位可と判定し、その測位時刻をｔｂとしてｔｂの時刻に更新する。測位座標が空（データ無し）で測位座標が抽出できなかった場合は測位不能であったと判定し、その測位時刻をｔａとしてｔａの時刻に更新する。

図５のステップＳ２０１で、測位演算部５０から送られたキャリア受信機１３による測位データで、ある測位時刻ｔにおいて、キャリア受信機１３が測位した測位座標が存在しており、測位可否判定部６０１が測位可と判定した場合は、キャリア受信機１３が測位した測位座標（X1(t),Y1(t), Z1(t)）を真の測位座標として採用する。

ステップＳ２０２において、測位補完部６０は、ある測位時刻ｔにおいてキャリア受信機１３が測位した測位座標がない、すなわち、測位可否判定部６０１が測位不能と判定した場合に、その測定不能であった測位時刻をｔaとして、
（１）測位時刻ｔa以前の時刻で、測位可否判定部６０１が測定可と判定した測位時刻ｔｂにおける測位座標（X1(tb),Y1(tb), Z1(tb)）と、
（２）その測位時刻ｔbと、
（３）測位時刻ｔbにおいて、コード受信機１２が算出した測位座標（X2(tb),Y2(tb), Z2(tb)）を抽出する。

ステップＳ２０３において、測位補完部６０は、Ｓ２０２で抽出した測位可であった測位時刻tbにおけるコード受信機１２の測位結果からキャリア受信機１３の測位結果を引き算し、差分Δを求める。

ステップＳ２０４において、測位補完部６０は、測位時刻ｔaにおける測位座標を、時刻taにおけるコード受信機１２の測位結果から、ステップＳ２０３で算出した差分Δを差し引いた次の座標値として補完する。

ステップＳ２０５において、測位補完部６０は、キャリア受信機１３により次の測位結果が得られるまでの間は、測位時刻ｔにおける測位座標を、時刻tにおけるコード受信機１２の測位結果から、差分Δを引いた座標値として補完する。

図４の例では、図３（ａ）で説明したようにキャリア受信機１３の測位結果がデータＮｏ．Ａ９、Ａ１１〜Ａ１５の間で空（データ無し）となっている。キャリア受信機１３によるデータがないデータＮｏ．Ａ９においては、直近のデータＮｏ．Ａ８とデータＮｏ．Ｂ８の差分を求め、その差分をデータＮｏ．Ｂ８から差し引くことで測位データがないＮｏ．Ａ９における測位データを補完している。

また、キャリア受信機１３によるデータがないデータＮｏ．Ａ１１〜Ａ１５においても、直近のデータＮｏ．Ａ１０とデータＮｏ．Ｂ１０の差分を求め、その差分をデータＮｏ．Ｂ１１〜Ｂ１５の各々から差し引くことで補完している。

このように、実施の形態では、キャリア受信機とコード受信機とを備え、測位率が低いが高精度のキャリア受信機１３による測位結果を真の値とし、キャリア受信機１３による測位不能エリアをコード受信機１２による単独測位結果で補完することにより、高い測位精度と高い測位率を備えた移動体測位システムを得ることができる。

なお、この実施の形態では、データ補完処理装置２で測位データの補完処理を行っているが、データ記憶部１６において、リアルタイムに補完処理を行うようにしてもよい。

この発明における実施の形態の移動体測位システムの構成の一例を示す模式図である。この発明における実施の形態の移動体測位システムの動作を説明するフローチャートである。この発明における実施の形態の測位補完部６０に出力されたキャリア受信機１３による測位結果（図３（ａ））とコード受信機１２による測位結果（図３（ｂ））の一例を示す図である。この発明における実施の形態の測位補完部が補完を行う補完方法の概略を説明する図である。この発明における実施の形態の測位補完部が補完を行う補完方法を説明するフローチャート図である。

符号の説明

１鉄道車両、２データ補完処理装置、３補正データセンター、１１ＧＰＳアンテナ、１２１周波コード受信機、１３２周波キャリア受信機、１６データ記憶部、５０測位演算部、６０測位補完部、１０１コード受信機測位情報、１０２キャリア受信機測位情報、１１３ＲＴＫ補正データベース、１２０ＲＴＫ方式補正データ、１６１１周波コード受信機データベース、１６２２周波キャリア受信機データベース、２００Ｌ１帯のＧＰＳ信号、２０１Ｌ２帯のＧＰＳ信号、２６３補完後測位データベース、３００記憶メディア。

Claims

ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号に含まれるＣ／Ａコードを用いて測位する測位方式により、周期的にコード受信機測位情報を出力する１周波コード受信機と、
前記ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号の搬送波位相を観測する測位方式により、前記コード受信機測位情報と同期してキャリア受信機測位情報を出力する２周波キャリア受信機と、
前記キャリア受信機測位情報を用いて前記キャリア受信機による測位座標を演算し、前記コード受信機測位情報を用いて前記１周波コード受信機による測位座標を演算し、前記キャリア受信機による測位座標を前記１周波コード受信機による測位座標により補完するデータ補完処理装置とを備え、
前記データ補完処理装置は、ある測位時刻において前記２周波キャリア受信機が出力する前記キャリア受信機測位情報を用いた測位が不能であるときに、測位可能であった直近の測位時刻における前記キャリア受信機測位情報を用いて演算した測位座標と、前記測位可能であった直近の測位時刻における前記コード受信機測位情報を用いて演算した測位座標と、前記測位不能であった測位時刻における前記コード受信機測位情報を用いて演算した測位座標とを用いて、前記測位不能であった測位時刻における測位座標を補完することを特徴とする移動体測位システム。
前記データ補完処理装置は、前記測位可能であった直近の測位時刻における前記キャリア受信機測位情報を用いて演算した測位座標と、前記測位可能であった直近の測位時刻における前記コード受信機測位情報を用いて演算した測位座標との差分を求め、前記差分を、前記測位不能であった測位時刻における前記コード受信機測位情報を用いて演算した測位座標に加減算することで、測位不能であった前記測位時刻における測位座標を補完することを特徴とする請求項１記載の移動体測位システム。
前記１周波コード受信機と前記２周波キャリア受信機は鉄道車両に搭載され、前記データ補完処理装置は前記鉄道車両が鉄道線路を走行中に前記１周波コード受信機が出力する前記コード受信機測位情報と前記２周波キャリア受信機が出力する前記キャリア受信機測位情報を取得して、前記鉄道線路の位置を測位することを特徴とする請求項１または請求項２記載の移動体測位システム。