JP2007010550A - Positioning device and positioning method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、衛星が送信する信号を受信して測位を行う測位装置に関する。 The present invention relates to a positioning device that performs positioning by receiving a signal transmitted by a satellite.
衛星測位システム(GPS)は、複数の衛星から送信される信号を受信し、受信信号に含まれる情報から各衛星の軌道情報と各衛星までの擬似距離に基づいて測位計算を行うものである。測位形態には2種類あり、受信点の絶対位置を単独で決定する単独測位と、すでに位置が求められている基準点に対するもう一方の点の相対位置を決定する相対測位の2つがある。単独測位は、地球に対し静止または運動している移動体の位置を求めるのに用いられ、相対測位は静止点の精密位置を決定するのに用いられている。 The satellite positioning system (GPS) receives signals transmitted from a plurality of satellites and performs positioning calculation based on the orbit information of each satellite and the pseudo distance to each satellite from the information included in the received signal. There are two types of positioning, and there are two types: single positioning that determines the absolute position of the receiving point alone and relative positioning that determines the relative position of the other point with respect to the reference point whose position has already been determined. Independent positioning is used to determine the position of a moving object that is stationary or moving relative to the Earth, and relative positioning is used to determine the precise position of a stationary point.
特に移動体の場合、測位に用いているGPS衛星が、ビルや何らかの物陰に入り、GPS衛星からの電波が途絶える場合がある。また、GPS衛星からの電波がビル街や何らかの障害物などで反射し多重経路で受信される場合、マルチパスが発生し測位結果が不連続に変化し、いわゆる位置飛びが発生して正確な測位ができなくなるという問題がある。 In particular, in the case of a mobile object, a GPS satellite used for positioning may enter a building or some object, and radio waves from the GPS satellite may be interrupted. In addition, when radio waves from GPS satellites are reflected by building streets or some obstacles and received by multiple paths, multipath occurs and positioning results change discontinuously, so-called position jumps occur and accurate positioning occurs. There is a problem that it becomes impossible.
このような問題を解決するために、特許文献1に示されるように受信点の移動に伴う測位結果の変化が滑らかに出力される技術や、特許文献2に示されるようにGPSコードの測定値平滑化方法などに関する技術が公開されている。 In order to solve such a problem, as shown in Patent Document 1, a technique for smoothly outputting a change in positioning result associated with movement of a reception point, or as measured by a GPS code as disclosed in Patent Document 2. Techniques relating to the smoothing method are disclosed.
特許文献1に示される技術では、キャリアのドップラーシフト周波数を基にした受信点の移動速度と、測位手段による測位位置の変化から求めた移動距離と、を加重平均することにより測位位置に位置跳びが生じても、移動速度から求めた移動距離の重みにより低減できるとしている。 In the technique disclosed in Patent Document 1, the position jump to the positioning position is performed by weighted averaging of the moving speed of the receiving point based on the carrier Doppler shift frequency and the moving distance obtained from the change of the positioning position by the positioning means. Even if this occurs, it can be reduced by the weight of the moving distance obtained from the moving speed.
同様に、特許文献2に示される技術も比較的長い期間におけるキャリア信号によりGPS擬似コード信号を平滑して多重経路及び他のエラーを低減する技術であるため、平滑化処理のために余分な遅れ時間が発生するという問題がある。 Similarly, the technique disclosed in Patent Document 2 is a technique for smoothing a GPS pseudo code signal with a carrier signal in a relatively long period to reduce multipaths and other errors. There is a problem that time is generated.
さらに、上述したようにGPS信号が何らかの障害物で途切れることによりドップラーシフト周波数を基にした受信点の移動速度が不定となり、リセットによる初期化が必要となるという問題もある。 In addition, as described above, the GPS signal is interrupted by some obstacle, so that the moving speed of the receiving point based on the Doppler shift frequency becomes indefinite and initialization by reset is necessary.
このため、再び追尾しても、十分に平滑化された値が得られるまでには時間を要してしまい、この間、マルチパスによる誤差の影響を十分に抑圧できない擬似距離となり、その衛星を測位に利用した測位計算結果には、マルチパスによる誤差が生じてしまう。 For this reason, even after tracking again, it takes time until a sufficiently smoothed value is obtained. During this time, the effect of the error due to multipath becomes a pseudorange that cannot be sufficiently suppressed, and the satellite is positioned. In the positioning calculation result used for, an error due to multipath occurs.
以上のような問題を解決するために、本発明に係る測位装置は、複数の衛星からの信号を受信する受信機と、受信機が受信した信号から測位に用いられるコード擬似距離及びキャリアのドップラー周波数などを検出し、移動体に搭載された受信機の位置を求める測位手段と、を有する測位装置において、衛星から受信機までの擬似距離を算出する擬似距離算出手段と、キャリアのドップラー周波数を積算するキャリア積算手段と、キャリアのドップラー周波数から受信機の移動速度を算出する移動速度算出手段と、衛星追尾が中断した場合に受信機の移動速度を利用して測位演算の逆演算を行い、移動速度からその衛星のキャリアのドップラー周波数を推定するドップラー周波数推定手段と、を有し、キャリア積算手段は、衛星の追尾が中断した場合に推定されたドップラー周波数を積算することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a positioning apparatus according to the present invention includes a receiver that receives signals from a plurality of satellites, a code pseudorange used for positioning from the signals received by the receiver, and a carrier Doppler. A positioning device that detects a frequency and obtains a position of a receiver mounted on a mobile body, a pseudo-range calculation unit that calculates a pseudo-range from the satellite to the receiver, and a carrier Doppler frequency. Carrier accumulating means for accumulating, moving speed calculating means for calculating the moving speed of the receiver from the carrier Doppler frequency, and performing reverse calculation of the positioning calculation using the moving speed of the receiver when the satellite tracking is interrupted, And Doppler frequency estimation means for estimating the Doppler frequency of the carrier of the satellite from the moving speed, and carrier tracking means interrupts tracking of the satellite Characterized by integrating the estimated Doppler frequency when the.
また、本発明に係る測位装置において、ドップラー周波数推定手段は、移動速度から方向余弦行列を利用してドップラー周波数を推定することを特徴とする。さらに、本発明に係る測位装置において、ドップラー周波数推定手段は、移動体の運動状態を測定するセンサなどから得られた移動速度によりドップラー周波数を推定することを特徴とする。 In the positioning apparatus according to the present invention, the Doppler frequency estimation means estimates the Doppler frequency from the moving speed using a direction cosine matrix. Furthermore, in the positioning apparatus according to the present invention, the Doppler frequency estimation means estimates the Doppler frequency based on the moving speed obtained from a sensor or the like that measures the motion state of the moving body.
さらにまた、本発明に係る測位装置は、複数の衛星からの信号を受信する受信機と、受信機が受信した信号から測位に用いられるコード擬似距離及びキャリアのドップラー周波数などを検出し、移動体に搭載された受信機の位置を求める測位手段と、を有する測位装置において、衛星から受信機までの擬似距離を算出する擬似距離算出手段と、キャリアのドップラー周波数を積算するキャリア積算手段と、キャリア積算手段からのキャリア積算値を用いて擬似距離を平滑化する擬似距離平滑化手段と、キャリアのドップラー周波数から受信機の移動速度を算出する移動速度算出手段と、衛星追尾が中断した場合に受信機の移動速度を利用して測位演算の逆演算を行い、移動速度からその衛星のキャリアのドップラー周波数を推定するドップラー周波数推定手段と、を有し、キャリア積算手段は、衛星の追尾が中断した場合に推定されたドップラー周波数を積算することを特徴とする。 Furthermore, a positioning device according to the present invention detects a receiver that receives signals from a plurality of satellites, a code pseudorange used for positioning, a carrier Doppler frequency, and the like from signals received by the receiver, A positioning means for determining a position of a receiver mounted on the carrier, a pseudo-range calculating means for calculating a pseudo-range from the satellite to the receiver, a carrier integrating means for integrating the carrier Doppler frequency, and a carrier Pseudo distance smoothing means for smoothing pseudo distance using carrier integrated value from integrating means, moving speed calculating means for calculating moving speed of receiver from carrier Doppler frequency, received when satellite tracking is interrupted Doppler that reverses the positioning operation using the moving speed of the aircraft and estimates the Doppler frequency of the satellite carrier from the moving speed. A frequency estimation means, the carrier accumulation means, characterized by integrating the Doppler frequency tracking of the satellite is estimated in the case of interruption.
本発明を利用すると、以下のような効果がある。第1の効果は、追尾中断でも他の衛星による測位ができており、かつ、追尾中断の回復後に測位に利用する際、その衛星は追尾中断前から長時間平滑化してマルチパス抑圧の高い効果を継続している補正擬似距離をドップラー周波数に変換して測位に利用することで、従来よりも測位精度が改善できる。 Utilizing the present invention has the following effects. The first effect is that positioning by other satellites can be performed even if tracking is interrupted, and when the satellite is used for positioning after recovery from tracking interruption, the satellite is smoothed for a long time before tracking interruption and has high multipath suppression effect. The accuracy of positioning can be improved as compared with the prior art by converting the corrected pseudo-range that has been continuously converted into a Doppler frequency and using it for positioning.
第2の効果は、ドライブセンサなどの外部からの情報を用いることで受信装置の移動速度が既知である場合は、その衛星が追尾中に測位できていなかった状態であってもドップラー周波数を推定することができるため、追尾中断回復後は、同様の改善効果が得られる。 The second effect is that if the moving speed of the receiving device is known by using information from the outside such as a drive sensor, the Doppler frequency is estimated even if the satellite has not been positioned during tracking. Therefore, the same improvement effect can be obtained after recovery from tracking interruption.
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)を、図面に従って説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態におけるGPS測位装置10の全体構成を示す構成図である。GPS測位装置10は、GPSアンテナ17と、信号受信部18と、複数の測距部(14a,14b,14c)と、移動速度通知器22を備える測位計算部21と、を有している。上空には複数のGPS衛星(12a,12b,12c)が配置され、時折、ビル19の影にかくれてしまうこともある。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an overall configuration of a
図7は、本発明の参考となる構成(以下、参考構成という。)におけるGPS測位装置100の構成を示す構成図である。GPS測位装置100は、複数の測距部14と測位計算部21を有している。さらに、測距部14は、GPS衛星とGPS測位装置100との距離を計算するメインパートと、メインパートに補助となるデータを提供するサブパートを有している。
FIG. 7 is a configuration diagram showing a configuration of the
メインパートは、GPS衛星識別部42と、追尾中断検知部46と、航法データ復調部48と、軌道メモリ52と、衛星位置計算部54と、コード擬似距離計算部56と、オフセット推定部58と、補正擬似距離計算部70と、を有している。
The main part includes a GPS
サブパートは、衛星送信時刻計算部50と、キャリア積算部62と、キャリア積算リセット部68と、キャリア積算メモリ64と、測距部14を制御する測距制御部44と、を有している。
The subpart includes a satellite transmission
図6は、参考構成における測位処理の流れを示すフローチャート図である。以下、図7と図6を用いて測位処理の流れを説明する。処理が開始されると、ステップS40の繰り返しループを通過して、ステップS42のGPS衛星追尾を開始する。GPS衛星から送信されるGPS信号は、PN符号によってスペクトラム拡散が施されており、情報を取り出すためにはGPS衛星側で用いられたPN拡散符号と同一のPN符号でスペクトラム逆拡散を施す必要がある。複数のGPS衛星にはそれぞれ異なるPN符号が割り当てられており、軌道が予め分かっているGPS衛星のPN符号によりスペクトラム逆拡散を行い、PN符号との相関値を表す信号として測距制御部44に入力される。
FIG. 6 is a flowchart showing a flow of positioning processing in the reference configuration. Hereinafter, the flow of the positioning process will be described with reference to FIGS. When the process is started, the GPS satellite tracking of step S42 is started through the repetition loop of step S40. The GPS signal transmitted from the GPS satellite is spread by a PN code, and in order to extract information, it is necessary to perform the spectrum despreading by the same PN code as the PN spread code used on the GPS satellite side. is there. A plurality of GPS satellites are assigned different PN codes, and spectrum despreading is performed using the PN codes of GPS satellites whose orbits are known in advance, and signals are sent to the distance
測距制御部44に入力された相関値が所定の値を超えた場合には、その受信信号はその記憶されたPN符号が割り当てられたものであると認識する。さらに、測距制御部44は、そのGPS衛星からの送信されるデータを取得するようにGPS衛星識別部42を制御する。
When the correlation value input to the distance
ステップS44において、追尾が可能であるかを判断する。ステップS42で識別されたGPS衛星からの信号は、追尾中断検知部46で信号強度が所定値以下の場合には、信号が受信できていないと判断し、キャリア積算リセット部68に信号を送り、キャリア積算リセット部68は、キャリア積算メモリ64をリセット(ステップS48)してステップS52に進む。
In step S44, it is determined whether tracking is possible. The signal from the GPS satellite identified in step S42 is determined that the signal is not received by the tracking
ステップS44にて追跡中であると判断されると、ステップS46へ進む。ステップS42で識別されたGPS衛星からの信号は、航法データ復調部48とキャリア積算部62に入力される。
If it is determined in step S44 that tracking is in progress, the process proceeds to step S46. The signal from the GPS satellite identified in step S42 is input to the
航法データ復調部48は、GPS衛星の軌道情報などを含む航法データを抽出し、軌道メモリ52にデータを格納すると共に、衛星送信時刻計算部50にデータを入力する(ステップS46の一部)。キャリア積算部62は、GPS衛星からの信号情報をキャリア積算メモリ64に格納し、積算値を取得する(ステップS50)。
The
衛星送信時刻計算部50は、受信信号からGPS衛星が信号を送信した時刻を表すデータを抽出し、衛星位置計算部54及びコード擬似距離計算部56に入力する。衛星位置計算部54は、軌道メモリ52から読み出した航法データを含む衛星の軌道情報とGPS衛星が信号を送信した時刻に基づいて、信号を送信したGPS衛星に係る衛星軌道上の位置を算出し、その位置データを測位計算部21に入力する。コード擬似距離計算部56は、GPS測位装置100が備える時計の時刻からGPS衛星が信号を送信した時刻を減算することにより、信号がGPS衛星からGPS測位装置100に到達するのに要した時間、すなわち伝搬時間を算出する(ステップS46の一部)。
The satellite transmission
そして、その伝搬時間に電磁波の伝搬速度を乗じることにより、GPS測位装置100からGPS衛星までの距離を算出し、GPS衛星距離を求める。コード擬似距離計算部56は、GPS衛星とGPS衛星距離とが対応付けられたデータをオフセット推定部58に入力する(ステップS46終了)。
Then, the distance from the
GPS衛星は12時間で軌道を1周する周回衛星であるため、衛星からの信号に±5kHz程度のドップラー周波数偏移が発生する。補正擬似距離計算部70は、受信信号のキャリアに観測されるドップラー周波数偏移量を測定し、それに基づいてGPS衛星距離の時間変化率を算出する。
Since the GPS satellite is an orbiting satellite that makes one orbit in 12 hours, a Doppler frequency shift of about ± 5 kHz occurs in the signal from the satellite. The correction
GPS衛星距離の時間変化率はGPS測位装置100から観測されるGPS衛星の見かけ上の接近速度となる。そこで、GPS衛星距離の時間変化率に対して、ある時刻を積分範囲の下限とし、現在時刻を積分範囲の上限とした積分計算を施すと、積分範囲の加減とした時刻から現在時刻までの時間におけるGPS衛星距離の変化量が算出される(ステップS50)。
The time change rate of the GPS satellite distance is an apparent approach speed of the GPS satellite observed from the
この変化量は、GPS衛星の移動及びGPS測位装置100の移動によってもたらされるものである。以下、積分範囲の下限とした時刻を初期時刻、GPS衛星距離の変化量を距離変化量とする。なお、初期時刻から現在時刻までの距離変化量に初期時刻におけるGPS衛星距離を加えたものは、その値に誤差がなければ現在時刻におけるGPS衛星距離と一致する。キャリア積算部62は、上述のような積分計算によって距離変化量を算出し、そのデータをオフセット推定部58に入力する。
This amount of change is caused by the movement of the GPS satellite and the movement of the
オフセット推定部58は、コード擬似距離計算部56が入力したデータによるGPS衛星距離から、キャリア積算部62が入力したデータによる距離変化量を減算したオフセット距離を算出する(ステップS52)。ただし、オフセット距離の算出に係るGPS衛星距離および距離変化量は、GPS測位装置100が備える時計が示す時刻を基準とした同一時刻におけるものでなければならない。
The offset
GPS衛星距離には高周波成分を付く無雑音による揺らぎが含まれているため、これに基づいて算出されたオフセット距離にもまた揺らぎが含まれている。そこで、オフセット推定部58は、GPS衛星距離から距離変化量を減算した後、ローパスフィルタによって揺らぎを除去した上でオフセット距離を算出している(ステップS54)。
Since the GPS satellite distance includes a noise-free fluctuation having a high frequency component, the offset distance calculated based on the fluctuation also includes the fluctuation. Therefore, after subtracting the distance change amount from the GPS satellite distance, the offset
オフセット推定部58は、このようにして算出したオフセット距離のデータを、GPS衛星の位置のデータと、GPS衛星距離のデータと、距離変化量のデータと、ともに補正擬似距離計算部70に入力する。補正擬似距離計算部70は、距離変化量にオフセット距離を加算することで新たにGPS衛星距離を算出する。この新たに算出されたGPS衛星距離を、先のGPS衛星距離と区別するために補正擬似距離と呼び、このデータを測位計算部21に出力する。測位計算部21は、複数の測距部14からの擬似補正距離を入手して3次元空間の位置を算出し(ステップS56)、最初のループ(ステップS40)に戻る。
The offset
図5は、参考構成による衛星から受信機の擬似距離の変化を示す説明図である。図5(A)は、図7のオフセット推定部58の処理によって得られる結果であり、同様にして図5(B)は、補正擬似距離計算部70の処理によって得られる結果である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a change in pseudorange from the satellite to the receiver according to the reference configuration. 5A is a result obtained by the processing of the offset
上述したように、図6に示すコード擬似距離演算(ステップS46)でコード擬似距離R(t)を計算する。次に、キャリア積算(ステップS50)でキャリアのドップラー周波数積算値D(t)を計算する。次に、オフセット推定(ステップS52)で仮オフセットE(t)=R(t)−D(t)を求め、E(t)をローパスフィルタにて平滑化(以下、LPFと表記する。)してオフセット推定値RE(t)=LPF(E(t))を求める。 As described above, the code pseudo distance R (t) is calculated by the code pseudo distance calculation (step S46) shown in FIG. Next, the carrier Doppler frequency integration value D (t) is calculated by carrier integration (step S50). Next, a temporary offset E (t) = R (t) −D (t) is obtained by offset estimation (step S52), and E (t) is smoothed by a low-pass filter (hereinafter referred to as LPF). Thus, the estimated offset value R E (t) = LPF (E (t)) is obtained.
そして、補正擬似距離演算(ステップS54)にて補正擬似距離RC(t)=RE(t)+D(t)を求める。さらに、測位計算(ステップS56)にて補正擬似距離RE(t)を求め、複数の擬似距離から3次元の位置の測位を行う。しかし、測位に用いていた衛星がビルなどの物陰に入って、その衛星の追尾を中断したときは、キャリア積算リセット処理でその衛星のドップラー周波数積算値D(t)=0にリセットしなければならない(ステップS48)。 Then, the corrected pseudo distance R C (t) = R E (t) + D (t) is obtained by the corrected pseudo distance calculation (step S54). Further, a correction pseudorange R E (t) is obtained by positioning calculation (step S56), and a three-dimensional position is determined from a plurality of pseudoranges. However, when the satellite used for positioning enters the shadow of a building or the like and the tracking of the satellite is interrupted, the Doppler frequency integrated value D (t) of the satellite must be reset to 0 in the carrier integrated reset process. (Step S48).
このため、再び追尾しても、十分に平滑化されたオフセット推定値RE(t)が得られるまでには時間を要してしまい、この間、マルチパスによる誤差の影響を十分に抑圧できない補正擬似距離RE(t)となり、その衛星を測位に利用した測位計算結果には、マルチパスによる誤差が生じてしまうことがあった。そこで、本実施形態では以下に示す構成として測位計算に方向余弦行列Hの逆行列H−1を用いた。 For this reason, even if tracking is performed again, it takes time until a sufficiently smoothed offset estimated value R E (t) is obtained. During this time, correction that cannot sufficiently suppress the influence of multipath errors The pseudo-range R E (t) is obtained, and an error due to multipath may occur in the positioning calculation result using the satellite for positioning. Therefore, in the present embodiment, an inverse matrix H −1 of the direction cosine matrix H is used for positioning calculation as a configuration shown below.
図2は、本発明の第1の実施形態におけるGPS測位装置10の構成を示す構成図である。図7の参考構成との違いは、キャリア推定部60、移動速度通知器22を追加した点である。追尾中の衛星は、参考構成と同じく補正擬似距離Re(t)を算出し、測位計算を行う。通常、測位計算部21は、擬似距離からGPS測位装置10の位置を求めるのと共に、キャリアのドップラー周波数からGPS測位装置10の移動速度V(t)も算出している。なお、測位計算は、テイラー級数の線形モデルを利用して、衛星とGPS測位装置10(概略ユーザー)との相対位置関係を示す方向余弦行列Hの逆行列H−1を利用して計算を行っており、行列Hは本分野では周知のものである。
FIG. 2 is a configuration diagram showing the configuration of the
図3は、本発明の実施形態における測位処理の流れを示すフローチャート図である。以下、図2と図3を用いて説明する。処理が開始されると、ステップS10の繰り返しループを通過して、ステップS12のGPS衛星追尾を開始する。GPS衛星から送信されるGPS信号は、軌道が予め分かっているGPS衛星のPN符号によりスペクトラム逆拡散を行い、PN符号との相関値を表す信号として測距制御部44に入力される。
FIG. 3 is a flowchart showing a flow of positioning processing in the embodiment of the present invention. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS. 2 and 3. When the process is started, the GPS satellite tracking of step S12 is started through the repetition loop of step S10. The GPS signal transmitted from the GPS satellite is subjected to spectrum despreading using the PN code of the GPS satellite whose orbit is known in advance, and is input to the distance
測距制御部44に入力された相関値が所定の値を超えた場合には、その受信信号はその記憶されたPN符号が割り当てられたものであると認識する。さらに、測距制御部44は、そのGPS衛星からの送信されるデータを取得するようにGPS衛星識別部42を制御する。
When the correlation value input to the distance
ステップS14において、追尾中断検知部46で追尾中断と判断された測距部14は、測位計算部21から受信機の移動速度V(t)を入手し(ステップS18)、キャリア推定部60に与える、キャリア推定部60は、測位計算部21から得られた方向余弦行列Hを用いて、移動速度V(t)からGPS衛星のキャリアのドップラー周波数f(t)を推定する(ステップS20)。キャリア積算部62は、推定されたトップラー周波数f(t)を取得し、キャリア積算メモリ64に格納すると共に推定ドップラー周波数を積算したものをドップラー周波数積算値D(t)とする(ステップS22)。
In step S14, the
また、ステップS14にて追跡中であると判断されると、ステップS16へ進む。ステップS42で識別されたGPS衛星からの信号は、航法データ復調部48、衛星送信時刻計算部50及びキャリア積算部62に入力される。
If it is determined in step S14 that tracking is in progress, the process proceeds to step S16. The signal from the GPS satellite identified in step S42 is input to the
航法データ復調部48は、GPS衛星の軌道情報などを含む航法データを抽出し、軌道メモリ52にデータを格納すると共に、軌道メモリ52は衛星位置計算部54にデータを入力する(ステップS16の一部)。キャリア積算部62は、GPS衛星からの信号をキャリア積算メモリ64に格納し、積算値を取得する(ステップS22)。
The
衛星送信時刻計算部50は、受信信号からGPS衛星が信号を送信した時刻を表すデータを抽出し、衛星位置計算部54及びコード擬似距離計算部56に入力する。衛星位置計算部54は、航法データを含む衛星の軌道情報及びGPS衛星が信号を送信した時刻に基づいて、信号を送信したGPS衛星が衛星軌道上の位置を算出し、その位置データをコード擬似距離計算部56に入力する。コード擬似距離計算部56は、GPS測位装置100が備える時計からの時刻からGPS衛星が信号を送信した時刻を減算することにより、信号がGPS衛星からGPS測位装置100に到達するのに要した時間、すなわち伝搬時間を算出する(ステップS24の一部)。
The satellite transmission
そして、その伝搬時間に電磁波の伝搬速度を乗じることにより、GPS測位装置100からGPS衛星までの距離を算出し、GPS衛星距離を求める。コード擬似距離計算部56は、GPS衛星とGPS衛星距離とが対応付けられたデータをオフセット推定部58に入力する。
Then, the distance from the
GPS衛星は周回衛星であるため、衛星からの信号に±5kHz程度のドップラー周波数偏移が発生する。補正擬似距離計算部70は、受信信号のキャリアに観測されるドップラー周波数偏移量を測定し、それに基づいてGPS衛星距離の時間変化率を算出する。
Since the GPS satellite is an orbiting satellite, a Doppler frequency shift of about ± 5 kHz occurs in the signal from the satellite. The correction
GPS衛星距離の時間変化率はGPS測位装置100から観測されるGPS衛星の見かけ上の接近速度となる。そこで、GPS衛星距離の時間変化率に対して、ある時刻を積分範囲の下限とし、現在時刻を積分範囲の上限とした積分計算を施すと、積分範囲の加減とした時刻から現在時刻までの時間におけるGPS衛星距離の変化量が算出される。
The time change rate of the GPS satellite distance is an apparent approach speed of the GPS satellite observed from the
この変化量は、GPS衛星の移動及びGPS測位装置100の移動によってもたらされるものである。以下、積分範囲の下限とした時刻を初期時刻、GPS衛星距離の変化量を距離変化量とする。なお、初期時刻から現在時刻までの距離変化量に初期時刻におけるGPS衛星距離を加えたものは、その値に誤差がなければ現在時刻におけるGPS衛星距離と一致する。キャリア積算部62は、上述のような積分計算によって距離変化量を算出し、そのデータをオフセット推定部58に入力する(ステップS24終了)。
This amount of change is caused by the movement of the GPS satellite and the movement of the
オフセット推定部58は、コード擬似距離計算部56が入力したデータによるGPS衛星距離から、キャリア積算部62が入力したデータによる距離変化量を減算したオフセット距離を算出する(ステップS26)。ただし、オフセット距離の算出に係るGPS衛星距離および距離変化量は、GPS測位装置100が備える時計が示す時刻を基準とした同一時刻におけるものでなければならない。
The offset
GPS衛星距離には高周波成分を付く無雑音による揺らぎが含まれているため、これに基づいて算出されたオフセット距離にもまた揺らぎが含まれている。そこで、オフセット推定部58は、GPS衛星距離から距離変化量を減算した後、ローパスフィルタによって揺らぎを除去した上でオフセット距離を算出している。
Since the GPS satellite distance includes a noise-free fluctuation having a high frequency component, the offset distance calculated based on the fluctuation also includes the fluctuation. Therefore, the offset
オフセット推定部58は、このようにして算出したオフセット距離のデータを、GPS衛星の位置のデータと、GPS衛星距離のデータと、距離変化量のデータと、ともに補正擬似距離計算部70に入力する。補正擬似距離計算部70は、距離変化量にオフセット距離を加算することで新たにGPS衛星距離を算出する。この新たに算出されたGPS衛星距離を、先のGPS衛星距離と区別するために補正擬似距離と呼び、このデータを測位計算部21に出力する(ステップS28)。測位計算部21は、複数の測距部14からの擬似補正距離を入手して3次元空間の位置を算出し、さらに移動速度計算を実行して(ステップS30)、最初のループ(ステップS10)に戻る。
The offset
このように、測位中であれば、その衛星の追尾が中断しても、ドップラー積算値D(t)をリセットする必要はなく、積算を継続できる。このため、追尾中断の衛星を測位に利用しても、高められた平滑化の結果を維持したままの補正擬似距離Re(t)を得ることができる。 Thus, during positioning, even if tracking of the satellite is interrupted, it is not necessary to reset the Doppler integrated value D (t), and the integration can be continued. For this reason, even if the satellite whose tracking is interrupted is used for positioning, it is possible to obtain the corrected pseudorange R e (t) while maintaining the enhanced smoothing result.
図4は、本発明の第2の実施形態におけるGPS制御装置の構成を示す構成図である。第1の実施形態と異なる点は、測位計算部21から得られた移動速度V(t)からドップラー周波数f(t)を推定する方法に替えて、ドライブセンサ(DRセンサ)など外部から得られた移動速度V(t)からドップラー周波数f(t)を逆に推定するものである。処理の流れは、衛星位置計算部54から衛星移動分のドップラー周波数fs(t)を得る。
FIG. 4 is a configuration diagram showing the configuration of the GPS control device according to the second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is obtained from the outside such as a drive sensor (DR sensor) instead of the method of estimating the Doppler frequency f (t) from the moving speed V (t) obtained from the
次に、外部のDRセンサから自己の移動速度を得る。そして、通常の測位演算の逆演算を行うことで、移動速度V(t)から自己の移動分のドップラー周波数fr(t)を算出する。また、測位計算部21から得た時刻誤差から時計の内部クロックの周波数オフセットft(t)を算出して、f(t)=fs(t)+fr(t)―ft(t)により衛星のドップラー周波数f(t)を推定する。 Next, it obtains its own moving speed from an external DR sensor. And the Doppler frequency f r (t) for its own movement is calculated from the moving speed V (t) by performing the reverse operation of the normal positioning calculation. Further, by calculating the frequency offset ft (t) of the internal clock of the watch from the time the error obtained from the positioning calculation unit 21, by f (t) = f s ( t) + f r (t) -f t (t) Estimate the Doppler frequency f (t) of the satellite.
以上、上述したように、本実施形態を用いることで、追尾中断でも他の衛星による測位ができており、かつ、追尾中断の回復後に測位に利用する際、その衛星は追尾中断前から長時間平滑化してマルチパス抑圧の高い効果を継続している補正擬似距離を測位に利用し、従来よりも測位精度が改善できる。 As described above, by using this embodiment, positioning by other satellites can be performed even when tracking is interrupted, and when the satellite is used for positioning after recovery from tracking interrupts, the satellite has not been used for a long time since the tracking was interrupted. The correction pseudorange that has been smoothed and continues to have a high effect of multipath suppression is used for positioning, and the positioning accuracy can be improved as compared with the prior art.
また、ドライブセンサなどの外部からの情報により、受信装置の移動速度が既知である場合は、その衛星が追尾中に測位できていなかった状態であってもドップラー周波数を推定することができるため、追尾中断回復後は、同様の改善効果が得られる。 In addition, if the moving speed of the receiving device is known from outside information such as a drive sensor, the Doppler frequency can be estimated even if the satellite has not been positioned during tracking, The same improvement effect can be obtained after recovery from tracking interruption.
なお、本実施形態では、測位計算後の位置データは補正していないが、平滑化などの処理を施しても好適である。 In the present embodiment, the position data after the positioning calculation is not corrected, but it is also preferable to perform a process such as smoothing.
10 GPS測位装置、12 GPS衛星、14 測距部、17 アンテナ、18 信号受信部、19 ビル、21 測位計算部、22 移動速度通知器、42 衛星識別部、44 測距制御部、46 追尾中断検知部、48 航法データ復調部、50 衛星送信時刻計算部、52 軌道メモリ、54 衛星位置計算部、56 コード擬似距離計算部、58 オフセット推定部、60 キャリア推定部、68 キャリア積算リセット部、62 キャリア積算部、64 キャリア積算メモリ、70 補正擬似距離計算部、100 GPS測位装置。 10 GPS positioning devices, 12 GPS satellites, 14 ranging units, 17 antennas, 18 signal receiving units, 19 buildings, 21 positioning calculation units, 22 moving speed notification units, 42 satellite identification units, 44 ranging control units, 46 tracking interruption Detection unit, 48 Navigation data demodulation unit, 50 Satellite transmission time calculation unit, 52 Orbit memory, 54 Satellite position calculation unit, 56 Code pseudorange calculation unit, 58 Offset estimation unit, 60 Carrier estimation unit, 68 Carrier integration reset unit, 62 Carrier integration unit, 64 carrier integration memory, 70 correction pseudorange calculation unit, 100 GPS positioning device.
Claims (7)
衛星から受信機までの擬似距離を算出する擬似距離算出手段と、
キャリアのドップラー周波数を積算するキャリア積算手段と、
キャリアのドップラー周波数から受信機の移動速度を算出する移動速度算出手段と、
衛星追尾が中断した場合に受信機の移動速度を利用して測位演算の逆演算を行い、移動速度からその衛星のキャリアのドップラー周波数を推定するドップラー周波数推定手段と、
を有し、
キャリア積算手段は、衛星の追尾が中断した場合に推定されたドップラー周波数を積算することを特徴とする測位装置。 A receiver that receives signals from multiple satellites, and a positioning that obtains the position of the receiver mounted on the moving object by detecting the code pseudorange and carrier Doppler frequency used for positioning from the signals received by the receiver A positioning device comprising:
A pseudo distance calculating means for calculating a pseudo distance from the satellite to the receiver;
Carrier integration means for integrating the carrier Doppler frequency;
A moving speed calculating means for calculating the moving speed of the receiver from the carrier Doppler frequency;
Doppler frequency estimation means for estimating the Doppler frequency of the carrier of the satellite from the moving speed by performing the reverse calculation of the positioning calculation using the moving speed of the receiver when the satellite tracking is interrupted,
Have
The positioning device characterized in that the carrier integration means integrates the Doppler frequency estimated when the tracking of the satellite is interrupted.
ドップラー周波数推定手段は、
移動速度から方向余弦行列を利用してドップラー周波数を推定することを特徴とする測位装置。 The positioning device according to claim 1,
The Doppler frequency estimation means is
A positioning apparatus that estimates a Doppler frequency from a moving speed using a direction cosine matrix.
ドップラー周波数推定手段は、
移動体の運動状態を測定するセンサなどから得られた移動速度によりドップラー周波数を推定することを特徴とする測位装置。 The positioning device according to claim 1 or 2,
The Doppler frequency estimation means is
A positioning apparatus that estimates a Doppler frequency based on a moving speed obtained from a sensor or the like that measures a motion state of a moving body.
衛星から受信機までの擬似距離を算出する擬似距離算出手段と、
キャリアのドップラー周波数を積算するキャリア積算手段と、
キャリア積算手段からのキャリア積算値を用いて擬似距離を平滑化する擬似距離平滑化手段と、
キャリアのドップラー周波数から受信機の移動速度を算出する移動速度算出手段と、
衛星追尾が中断した場合に受信機の移動速度を利用して測位演算の逆演算を行い、移動速度からその衛星のキャリアのドップラー周波数を推定するドップラー周波数推定手段と、
を有し、
キャリア積算手段は、衛星の追尾が中断した場合に推定されたドップラー周波数を積算することを特徴とする測位装置。 A receiver that receives signals from multiple satellites, and a positioning that obtains the position of the receiver mounted on the moving object by detecting the code pseudorange and carrier Doppler frequency used for positioning from the signals received by the receiver A positioning device comprising:
A pseudo distance calculating means for calculating a pseudo distance from the satellite to the receiver;
Carrier integration means for integrating the carrier Doppler frequency;
Pseudo distance smoothing means for smoothing the pseudo distance using the carrier integrated value from the carrier integrating means;
A moving speed calculating means for calculating the moving speed of the receiver from the carrier Doppler frequency;
Doppler frequency estimation means for estimating the Doppler frequency of the carrier of the satellite from the moving speed by performing the reverse calculation of the positioning calculation using the moving speed of the receiver when the satellite tracking is interrupted,
Have
The positioning device characterized in that the carrier integration means integrates the Doppler frequency estimated when the tracking of the satellite is interrupted.
衛星からの補正擬似距離を算出する擬似距離算出工程と、
キャリアのドップラー周波数を積算するキャリア積算工程と、
キャリアのドップラー周波数から受信機の移動速度を算出する移動速度算出工程と、
衛星追尾が中断した場合に受信機の移動速度を利用して測位演算の逆演算を行い、移動速度からその衛星のキャリアのドップラー周波数を推定するドップラー周波数推定工程と、
を含み、
キャリア積算計算工程は、衛星の追尾が中断した場合に推定されたドップラー周波数を積算することを特徴とする測位方法。 A positioning process including a receiving process for receiving signals from a plurality of satellites and a positioning process for detecting a Doppler frequency of a code or a carrier used for positioning from the received signals to obtain a position of a receiver mounted on a moving body. In the method
A pseudo-range calculating step for calculating a corrected pseudo-range from the satellite;
A carrier integration process for integrating the carrier Doppler frequency;
A moving speed calculating step of calculating the moving speed of the receiver from the carrier Doppler frequency;
Doppler frequency estimation step of performing reverse calculation of positioning calculation using the moving speed of the receiver when satellite tracking is interrupted, and estimating the Doppler frequency of the carrier of the satellite from the moving speed;
Including
The carrier integration calculation step integrates the Doppler frequency estimated when the tracking of the satellite is interrupted.
ドップラー周波数推定方法は、
移動速度から方向余弦行列を利用してドップラー周波数を推定することを特徴とする測位方法。 The positioning method according to claim 5, wherein
The Doppler frequency estimation method is
A positioning method characterized by estimating a Doppler frequency from a moving speed using a direction cosine matrix.
ドップラー周波数推定方法は、
移動体の運動状態を測定するセンサなどから得られた移動速度によりドップラー周波数を推定することを特徴とする測位方法。 In the positioning method according to claim 5 or 6,
The Doppler frequency estimation method is
A positioning method characterized by estimating a Doppler frequency based on a moving speed obtained from a sensor or the like for measuring a moving state of a moving body.
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