JP2007093513A - データ送信装置及びデータ送信方法及び測位装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 測位に使用する補正データのデータ送信量を低減し、また、送信する補正データの精度を向上させるデータ送信装置の提供を目的とする。
【解決手段】 この発明のデータ送信装置は、電子基準点から電子基準点情報を収集する源泉データ収集処理部１０２と、収集した電子基準点情報を使用することにより、基準点固有誤差を複数の電子基準点につき計算する第１計算部１０３と、地域データに複数のグリッド（位置表示点）を設定し、設定した複数のグリッドに対し、電子基準点につき計算した基準点固有誤差に基づき表示点固有誤差データを計算し、複数の表示点固有誤差データを送信対象データとして出力する第２計算部１０４と、送信対象データに含まれる少なくともいずれかの表示点固有誤差データのデータ形式を変更するデータ形式変更部１０４２と、データ形式が変更された表示点固有誤差データを含む送信対象データを送信するデータ送信部１０６とを備えた。
【選択図】 図５

Description

この発明は、測位に使用する補正データを送信するデータ送信装置及びデータ送信方法及び測位装置に関する。

従来では、位置を測位する場合の測位位置の補正のためには、測位装置に向けて補正データと観測データとを送信していた。このため、送信するデータ量が１〜２Ｍｂｐｓ程度と多かった。また、このデータを受信する測位装置側には、このデータ量を処理する回路が必要であった（例えば特許文献１）。
特開２００３−３１５０８４号公報

この発明は、測位に使用する補正データのデータ送信量を低減することを目的とする。また、提供する補正データの精度を向上することを目的とする。

この発明のデータ送信装置は、
測位情報を送信する人工衛星から前記測位情報を受信して所定の情報を出力する複数の電子基準点のそれぞれから、前記所定の情報を電子基準点情報として収集する収集部と、
前記収集部の収集した前記電子基準点情報を使用することにより、前記電子基準点の位置を測位する場合の測位精度に影響するとともに前記電子基準点のそれぞれに固有な誤差量を示す基準点固有誤差を前記複数の電子基準点のそれぞれについて計算する第１計算部と、
所定の地域を示す地域データに前記地域の中の位置を示す複数の位置表示点を設定し、設定した前記複数の位置表示点のそれぞれに対して、前記位置表示点の示す位置を測位する場合の測位精度に影響するとともに前記位置表示点のそれぞれに固有な誤差量を示す表示点固有誤差データを前記第１計算部が前記複数の電子基準点のそれぞれについて計算した前記基準点固有誤差に基づいて計算し、前記複数の位置表示点のそれぞれに対して計算した複数の前記表示点固有誤差データを送信対象データとして出力する第２計算部と、
前記第２計算部が出力した前記送信対象データを送信するデータ送信部と
を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、送信する補正データの精度を向上するとともに、送信する補正データのデータ量を低減することができる。

実施の形態１．
図１〜図１９を使用して本実施の形態を説明する。本実施の形態は、測位に使用する「補正データ」を配信する測位用補正データ配信システムに関する。「補正データ」とは、後述のように、ＧＰＳ衛星の軌道誤差δＯ、ＧＰＳ衛星の衛星クロック誤差δｔ、ＧＰＳ衛星の送信する測位情報（Ｌ１波、Ｌ２波）の電離層遅延δＩ及び対流圏遅延δＴを含む。

図１は、本実施の形態１に係る測位用補正データ配信システム５００の構成を示す。測位用補正データ配信システム５００は、測位情報１を送信するＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星３００ａ・・・３００ｎと、測位情報１を受信し電子基準点情報２を出力する電子基準点１０ａ・・・１０ｎと、電子基準点情報２を収集して処理するセンター局１００（データ送信装置１０１）と、センター局１００からの補正データ３を中継する準天頂衛星４００と、ＧＰＳ衛星３００ａ等の測位情報１及び準天頂衛星４００の配信する補正データ３を受信して位置を測位する測位装置２０１とを備える。

センター局１００は、図に示すようにデータ送信装置１０１を備える。センター局１００における処理は、データ送信装置１０１が実行する。また、ＧＰＳ衛星は、ＧＰＳ衛星３００ａ，３００ｎの２機のみ図示しているが、例示であり２機にかぎらない。通常、４機以上を想定する。また、電子基準点は、電子基準点１０ａ，１０ｎの２点を図示しているが、例示であり２点にかぎらない。電子基準点は、例えば日本各地に約１０００点程度設置されているものとする。

測位用補正データ配信システム５００の特徴の一つは、後述のように、データ送信装置１０１の送信する補正データが、従来１Ｍｂｐｓ以上必要であったのに対して４０ｋｂｐｓ程度のデータ量となる点にある。これはデータ送信装置１０１が「補正データ」のみを送信し、更新間隔の短くデータ容量の大きな観測データを送信しないこと、及び誤差要因をそれぞれのダイナミックレンジに最適化すること、さらに誤差要因ごとのダイナミクスを考慮することにより更新周期を最適化すること、送信するべき「補正データ」に対して地域データとしてブロック化して送ることにより日本全国に渡り無駄なく送信すること等により、送信するべき「補正データ」のデータ形式を変更することによる。

また、地域データとしてブロック化することの利点は、データ量削減のほか、運用後においても、地域データのサイズ、位置、解像度を柔軟に変更できる、ユーザは自分の位置に合致した地域データのみを受信すればよく、信頼性が向上するなどが考えられる。図２に各誤差要因のレンジ幅を示す。図３に各誤差要因毎のデータサイズを示す。図４に各誤差要因毎の更新周期とそれに基づくデータ転送容量を示す。これらの表から、従来の方式では、日本全国のデータを配信するのに、１Ｍｂｐｓ以上のデータ通信容量が必要であったのが、データを誤差要因に分解することにより、４０Ｋｂｐｓになり、さらに、各誤差要因に最適な更新周期を適応することにより、１．３Ｋｂｐｓにまでデータ量を圧縮できる。また、電離層と対流圏は関数化が難しいため、グリッド化することが効率的である。このとき、グリッドの矩形のまとまりを複数個想定し、サイズを可変長にしたグリッドマトリックスを日本の形状に重なり合うように合わせることにより、グリッド点数が削減できデータサイズを小さくすることが可能となる。受信側の複合を考えた場合、矩形にすることが最も効率がよく、さらに柔軟性と効率化を考えたとき、グリッドの間隔とサイズをグリッドマトリックス毎に付与する方法を提案する。

図１を参照して、測位用補正データ配信システム５００の概要を説明する。
（１）ＧＰＳ衛星３００ａ・・・３００ｎ等は測位情報１を送信する。
（２）電子基準点１０ａ・・・１０ｎ等は、この測位情報１を受信して所定の情報を電子基準点情報２として出力する。所定の情報は、電子基準点とＧＰＳ衛星との擬似距離、ドップラ周波数、及び搬送波位相などを含む。
（３）センター局１００の備えるデータ送信装置１０１は、電子基準点１０ａ等のそれぞれが出力する電子基準点情報２を収集し、収集した電子基準点情報２に基づいて補正データを作成する。そして作成した補正データを、例えば準天頂衛星４００を介して配信する。なお、準天頂衛星４００を介して補正データを配信するのは一例である。他の衛星を介して配信しても構わない。また、衛星によらず地上波として配信しても構わない。また、インターネットなどのネットワークを介して配信しても構わない。

図５は、センター局１００の備えるデータ送信装置１０１の構成を示す。図に示すように、データ送信装置１０１は、源泉データ収集処理部１０２（収集部）、第１計算部１０３、第２計算部１０４、地域データ記憶部１０５、データ送信部１０６、電子基準点データ記憶部１０７とを備える。また、第２計算部１０４は、補間処理部１０４１とデータ形式変更部１０４２とを備える。

（１）源泉データ収集処理部１０２は、電子基準点情報２を収集し処理する。
（２）第１計算部１０３は、電子基準点情報２と電子基準点データ記憶部１０７が記憶する電子基準点の座標を表したデータを使用して、後述の電離層遅延量（電離層遅延誤差という場合もある）や対流圏遅延量（対流圏遅延誤差という場合もある）などの補正データを計算する。
（３）補間処理部１０４１は、地域データ記憶部１０５が記憶する所定の地域内に複数のグリッドを設定し、第１計算部１０３が計算した電離層遅延量や対流圏遅延量に基づき、設定した複数のグリッドのそれぞれに固有な電離層遅延量や対流圏遅延量を求める。
（４）データ形式変更部１０４２は、第２計算部１０４が求めたグリッドごとの電離層遅延量や対流圏遅延量のデータ形式を変更する。特に、日本の形状は北東から南西に細長いため、グリッドで構成される矩形で全エリアをカバーするには冗長で、多くのグリッドは意味のない海上の点となる。そこで、複数の地域データにより、日本の形状を効率よくカバーするように配置する。さらに、ユーザにどの地域データがユーザ位置に対応するデータかをリアルタイムに判別し、ユーザ側で測位計算に使えるようにするため、各地域データの基準点となるグリッドの位置と地域データのサイズ、グリッドの間隔情報を付与する。
（５）地域データ記憶部１０５は、所定の地域を示す地域データを記憶する。「地域データ」とは、例えば、前記所定の地域内の任意の場所を座標で表したデータである。
（６）データ送信部１０６は、データ形式変更部１０４２がデータ形式を変更したグリッドごとの電離層遅延量や対流圏遅延量を含むデータを測位に使用する補正データとして配信（送信）する。
（７）電子基準点データ記憶部１０７は、電子基準点の座標を表したデータを記憶する。

図６は、データ送信装置１０１の動作を示すフローチャートである。図６を参照して、データ送信装置１０１の動作の概略を説明する。

Ｓ１１において、源泉データ収集処理部１０２が複数の電子基準点のそれぞれから電子基準点情報２を収集する。

Ｓ１２において、第１計算部１０３は、源泉データ収集処理部１０２が収集した電子基準点情報２を使用することにより、
（１）ＧＰＳ衛星の軌道誤差δＯ、
（２）ＧＰＳ衛星の衛星クロック誤差δｔ、
（３）ＧＰＳ衛星の送信する測位情報１の電離層遅延（Ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ ｄｅｌａｙ）による電離層遅延誤差δＩ、
（４）ＧＰＳ衛星の送信する測位情報１の対流圏遅延（Ｔｒｏｐｏｓｐｈｅｒｉｃ ｄｅｌａｙ）による対流圏遅延誤差δＴを計算する。
ここで、（１）ＧＰＳ衛星の軌道誤差δＯと、（２）ＧＰＳ衛星のクロック誤差δｔとは、それぞれの電子基準点の位置には依存しない、個々のＧＰＳ衛星に固有の誤差である。一方、電離層遅延誤差δＩと対流圏遅延誤差δＴとは、それぞれの電子基準点の位置に依存する電子基準点に固有な基準点固有誤差である。それぞれの電子基準点を「添え字ｉ」で表現するとすれば、各電子基準点における電離層遅延誤差δＩと対流圏遅延誤差δＴとは、「電離層遅延誤差δＩ_ｉ」、「対流圏遅延誤差δＴ_ｉ」と表すことができる。第１計算部１０３は、それぞれの電子基準点ｉごとに「電離層遅延誤差δＩ_ｉ」、及び「対流圏遅延誤差δＴ_ｉ」を計算する。「電離層遅延誤差δＩ_ｉ」は、電子基準点ｉの位置を測位する場合の測位精度に影響する「電離層遅延による誤差」である。同様に「対流圏遅延誤差δＴ_ｉ」は、電子基準点ｉの位置を測位する場合の測位精度に影響する「対流圏遅延による誤差」である。なお、第１計算部１０３の処理の詳細は後述する。

Ｓ１３において、補間処理部１０４１は、後述の図９で説明するが、地域データ記憶部１０５が記憶する「地域データ」を読み込み、「地域データ」が示す地域中に複数のグリッド（位置表示点の一例）を設定する。地域データは、複数エリア分用意し、日本の形状を効率よくカバーするように配置する。各地域データは、複数のグリッドで矩形の形状を構成する。地位データには、基準となるグリッドの位置座標と地域データの大きさを規定するための緯度／経度方向のサイズ、グリッドの間隔を付与情報として持つ。そして、電子基準点ｉごとの「電離層遅延誤差δＩ_ｉ」に基づいて、設定した各グリッドｇ（位置表示点）ごとに「グリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ」（表示点固有誤差データの一例）を計算する。「グリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ」は、そのグリッドｇの示す位置を測位する場合の測位精度に影響する「電離層遅延による誤差」であり、そのグリッドｇに固有の誤差である。第２計算部１０４は、計算した複数の「グリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ」を、送信するべき電離層遅延送信対象データ（送信対象データの一例）として出力する。同様に、補間処理部１０４１は、電子基準点ｉごとの「対流圏遅延誤差δＴ_ｉ」に基づいて、設定した各グリッドｇごとに「グリッド対流圏遅延誤差δＴ_ｇ」（表示点固有誤差データの一例）を計算する。「グリッド対流圏遅延誤差δＴ_ｇ」は、そのグリッドｇの示す位置を測位する場合の測位精度に影響する「対流圏遅延による誤差」であり、そのグリッドｇに固有の誤差である。補間処理部１０４１は、計算した複数の「グリッド対流圏遅延誤差δＴ_ｇ」を、送信するべき対流圏遅延送信対象データ（送信対象データの一例）として出力する。これらのグリッドの設定及び「グリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ」等については、さらに具体例により後述する。

Ｓ１４において、データ形式変更部１０４２は、入力した電離層遅延送信対象データに含まれる少なくともいずれかの「グリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ」のデータ形式を変更する。データ形式の変更とは、例えば後述のように補間処理部１０４１が出力する電離層遅延送信対象データを入力し、各地域データに対応する電離層遅延送信対象データ毎に、基準となるグリッド座標値と地域データのサイズ、グリッド間隔を付与するなどのデータ形式に変更する。対流圏遅延送信対象データに関しても同様の処理を行う。また、データ形式の変更の第２の例として、「グリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ」を各地域データの基準となるグリッドの「グリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ」に対して差分表現するような場合である。同様に、データ形式変更部１０４２は、補間処理部１０４１が出力する対流圏遅延送信対象データを入力し、入力した対流圏遅延送信対象データに含まれる少なくともいずれかの「グリッド対流圏遅延誤差δＴ_ｇ」のデータ形式を変更する。データ形式の変更は、「グリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ」の場合と同様である。

Ｓ１５において、データ送信部１０６は、データ形式変更部１０４２によりデータ形式が変更された「グリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ」を含む電離層遅延送信対象データと、データ形式変更部１０４２によりデータ形式が変更された「グリッド対流圏遅延誤差δＴ_ｇ」を含む対流圏遅延送信対象データとを、「補正データ」の一部として送信する。

次に、図６のＳ１２の説明で述べた（１）ＧＰＳ衛星の軌道誤差δＯ、（２）ＧＰＳ衛星の衛星クロック誤差δｔ、（３）電離層遅延誤差δＩ、（４）対流圏遅延誤差δＴについて順に説明する。

まず「ＧＰＳ衛星の軌道誤差δＯ」について説明する。図７を参照して軌道誤差δＯについて説明する。図７は軌道誤差を説明する図である。第１計算部１０３は、１つのＧＰＳ衛星の軌道誤差を、軌道進行方向（ＡＴ）、軌道垂直方向（ＸＴ）、軌道半径方向（Ｒ）に分割する。従って、１つのＧＰＳ衛星毎に３パラメータの軌道誤差（δＡＴ，δＸＴ，δＲ）となる。なお更新周期はＴ秒とする。

次に、「衛星クロック誤差δｔ」について説明する。第１計算部１０３は、「衛星クロック誤差δｔ」を、以下の２次多項式δｔとして求める。データ送信装置１０１は、「衛星クロック誤差δｔ」として、以下の２次多項式δｔにおける（ａ_ｆ０、ａ_ｆ１、ａ_ｆ２）の３つの係数を配信する。従って、１つＧＰＳ衛星毎に、３パラメータとなる。
δｔ＝ａ_ｆ０＋ａ_ｆ１・（ｔ−ｔ_ｏｃ）＋ａ_ｆ２・（ｔ−ｔ_ｏｃ）^２＋Δｔ_ｒ
ここで、
δｔ：ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｃｌｏｃｋ ｏｆｆｓｅｔ，
ｔ：ＧＰＳ ｔ ｓｅｃｏｎｄｓ，
ｔ_ｏｃ：ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｅｐｏｃｈ，
ａ_ｆ０：ｃｌｏｃｋ ｏｆｆｓｅｔ（ｓｅｃｏｎｄ），
ａ_ｆ１：ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆｆｓｅｔ（ｓｅｃｏｎｄ／ｓｅｃｏｎｄ），
ａ_ｆ２：ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｒｉｆｔ（ｓｅｃｏｎｄ／ｓｅｃｏｎｄ^２），
Δｔ_ｒ：ｒｅｌａｔｉｖｉｓｔｉｃ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，

次に図８〜図１４を参照して「電離層遅延誤差」について説明する。図８は、各グリッドにおける電離層遅延誤差の計算過程を示すフローチャートである。
（１）モデル化
Ｓ２１において、第１計算部１０３は電子基準点情報を使用して電子基準点ｉごとの「電離層遅延誤差δＩ_ｉ」を計算する。また、第１計算部１０３は、電子基準点情報を使用して次に示す関数Ｉ_{ｆｕｎｃｔｉｏｎ} ^ｋを求める。電離層誤差は、次式のように関数モデルと統計モデルの２段階で表すことができる。
（２）モデル

第１計算部１０３は、電離層の位置による変動状態を表現するために、関数モデルを使用する。関数モデルは、電離層レンジは３０ｍ、精度は１ｍ以内とし、緯度／経度をパラメータとして、電離層遅延量を多項式で表現する。第１計算部１０３は、電子基準点情報を使用することにより、次に示す関数Ｉ_{ｆｕｎｃｔｉｏｎ} ^ｋを求める。さらに、Ｉ_{ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ} ^ｋを、時間的変動との整合性を維持するために、統計的条件として設定する。

関数Ｉ_{ｆｕｎｃｔｉｏｎ} ^ｋは、緯度（ｙ）方向に４次、経度（ｘ）方向に３次の関数（ｓｐｒｉｎｅ関数、あるいは、ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）である。後述のようにデータ送信部１０６は、関数Ｉ_{ｆｕｎｃｔｉｏｎ} ^ｋの定数項、クロス項を入れて、「α_０，０〜α_３，４」の２０のパラメータを送信する。「α_０，０〜α_３，４」の２０のパラメータは、関数Ｉ_{ｆｕｎｃｔｉｏｎ} ^ｋを特定するための所定のパラメータである。第１計算部１０３は所定の期間ごとに「α_０，０〜α_３，４」の値を求め更新する。
関数モデルは、空間的な連続性を記述するのに対して、統計モデルＩ_{ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ} ^ｋは時間的ダイナミクスを記述する。電離層遅延における統計的条件としては、一次マルコフ過程（前エポックからの時間間隔ｔと時定数τ）としてモデル化する。

以上のように、電子基準点における空間的、時間的な条件により電離層遅延量をモデル化しリアルタイムに推定する。

（２）グリッドの設定
Ｓ２２において、第１計算部１０３において推定した電子基準点における電離層遅延量を、第２計算部１０４では、グリッドを日本における形状に効率よく配置した地域データ内のグリッドに変換する。図９に地域データの配置例を示す。図１０は地域データ内のグリッド配置例、図１１は電子基準点とグリッドの関係を示す。なお、地域データ内のグリッド配置は、エリアを重ねて配置する。グリッド変換は、関数モデルを使った座標値による変換と、グリッドの周囲の電子基準点の統計モデルを使った位置による内挿を行う。図１２に関数モデルと統計モデルを使った２次元の場合の補間の概念を示す。

（３）「グリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ」の計算
さらにＳ２２において、第２計算部１０４は、設定したグリッドのそれぞれにつき、第１計算部１０３が電子基準点ｉごとに計算（図６のＳ１２）した「電離層遅延誤差δＩ_ｉ」（基準点固有誤差）に基づき、「グリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ」（表示点固有誤差データ）を計算する。これにより、グリッドｇごとの「グリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ」が決まる。図１３は、電子基準点ｉごとの「電離層遅延誤差δＩ_ｉ」とグリッドｇごとの「グリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ」との関係を示す概念図である。三角形は電子基準点を表し、三角形における矢印は「電離層遅延誤差δＩ_ｉ」をあらわす。また、白丸はグリッドを表し、白丸における矢印は「グリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ」を表す。第１計算部１０３が三角形における矢印（「電離層遅延誤差δＩ_ｉ」）を算出し、第２計算部１０４がそれぞれの三角形における矢印（「電離層遅延誤差δＩ_ｉ」）に基づいて、白丸（グリッド）における矢印（「グリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ」）を算出する。
まず、関数モデルにより、対象となるグリッド位置における電離層遅延量を計算する。ついで、統計モデルにより、グリッドの周囲の電子基準点から線形補間によりグリッドの位置における統計モデルに相当する電離層遅延量を求める。この処理を、地域データごとに全てのグリッドについて実行する。

（４）Ｓ２３において、求められたグリッドにおける電離層遅延量について、各地域データごとに、地域データの基準となるグリッドの電離層遅延量からの差分を計算する。地域データのなかの各グリッドの電離層遅延量との差分を各グリッドの値とする。

（５）さらに、Ｓ２４において、データ形式変更部１０４２が、グリッド電離層遅延誤差δＩのデータ形式を変更する。図１４に地域データにおける電離層データ配信フォーマット例を示す。地域データ毎に基準となるグリッドの座標と、グリッドの間隔を付与し、あらかじめ定められた順番でグリッドの電離層遅延量がそれに続く。

次に図１５〜図１８を使用して対流圏遅延誤差δＴについて説明する。図１５は、地域データにおける対流圏データ配信フォーマット例を示す。図１６は、各グリッドにおける対流圏遅延誤差を求める過程を示すフローチャートである。図１７は、対流圏遅延誤差δＴを説明するための衛星軌道誤差を示す図である。図１８は、グリッドの対流圏遅延誤差を示す図である。図１６のフローチャートを参照して説明する。対流圏遅延誤差を電離層遅延誤差と同様に、５０ｋｍメッシュのグリッドで配信する。対流圏遅延誤差のレンジは２ｍ、解像度は０．２ｃｍとする。更新周期はｔ秒とする。
（１）Ｓ３１において、第１計算部１０３は電子基準点情報を使用して電子基準点ｉごとの「対流圏遅延誤差δＴ_ｉ」を計算する。
（２）グリッドの設定．
Ｓ３２において、第２計算部１０４はグリッド（位置表示点の一例）を設定する。
（３）「グリッド対流圏遅延誤差δＴ_ｇ」の計算．
さらにＳ３２において、第２計算部１０４は、設定したグリッドのそれぞれにつき、第１計算部１０３が電子基準点ｉごとに計算した「対流圏延誤差δＴ_ｉ」（基準点固有誤差）に基づき、「グリッド対流圏遅延誤差δＴ_ｇ」（表示点固有誤差データ）を計算する。これにより、グリッドｇごとの「グリッド対流圏遅延誤差δＴ_ｇ」が決まる。図１８は、グリッドについて計算する「グリッド対流圏遅延誤差δＴ_ｇ」を示している。図１８に示すように対流圏遅延誤差はグリッド位置により変動するが、変動量は通常電離層遅延誤差に比べて少ない。
（４）Ｓ３３において、データ形式変更部１０４２が、「グリッド対流圏遅延誤差δＴ_ｇ」のデータ形式を変更する。このデータ変更は、電離層遅延の場合と同様であるが、対流圏遅延の場合は、第２計算部１０４が計算した「グリッド対流圏遅延誤差δＴ_ｇ」である。そして第２計算部１０４は、データ送信部１０６を介して、図１５のフォーマットで「グリッド対流圏遅延誤差δＴ_ｇ」として送信する。

データ送信装置１０１は、以上から求めた軌道誤差δＯ、衛星クロック誤差δｔ、電離層遅延誤差δＩ、対流圏遅延誤差δＴを補正データとして送信する。

（拡張カルマンフィルタによる実時間推定）
次に第１計算部１０３による処理内容の詳細について以下に説明する。衛星軌道、衛星クロック、電離層遅延、対流圏遅延等の各変数は、以下の拡張カルマンフィルタを用いて実時間推定する。

各状態量のモデルを以下に示す。
［搬送波位相］
Φ_ｉ ^ｋは、観測距離であり、既知量である。
［幾何学的距離］
ｒ_ｉ ^ｋは衛星ｉと基地局ｋ間の真の距離で次式で表され、衛星位置と基準位置が既知であることから既知量である。

［アンビギュイティ］
アンビギュイティのダイナミクスは、定数としてモデル化する。

［対流圏モデル］
対流圏モデルは、ｆｕｎｃｔｉｏｎモデルと統計モデルの積で表す。
（１）ｆｕｎｃｔｉｏｎモデル
ｆｕｎｃｔｉｏｎモデルとしてホップフィールドを採用する。

（２）統計モデル
統計モデルに関するダイナミックスは、ガウスマルコフモデルとする。

［衛星軌道誤差］
図１７に、衛星軌道誤差モデルを示す。１つの衛星の軌道誤差を軌道進行方向（ＡＴ）、軌道垂直方向（ＸＴ）、軌道半径方向（Ｒ）に、速度誤差を軌道進行方向（ＡＴ）、軌道垂直方向（ＸＴ）、軌道半径方向（Ｒ）に分割する。従って、１衛星毎に６パラメータとなる。更新周期はＴｓとする。

［マルチパス］
アンビギュイティのダイナミクスは、ガウスマルコフモデルとする。

（１）対象システムの状態方程式の記述

ここで、ｔは時刻、ｘ（ｔ）は状態変数、ｆ（ｘ（ｔ））は状態遷移関数、ω（ｔ）はシステム雑音である。
状態変数の内容は以下の（ａ）〜（ｈ）である。
（ａ）衛星位置・速度：衛星数×６
（ｂ）衛星搭載時計のバイアス・ドリフト・周波数間バイアス・周波数間バイアスドリフト：衛星数×４
（ｃ）衛星信号遅延：衛星数
（ｄ）電離層遅延のＦｕｎｃｔｉｏｎモデルパラメータ＋Ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ項：２０＋１、
（ｅ）対流圏遅延のＳｔｏｃｈａｓｔｉｃ項：１、
（ｆ）地上基準点時計のバイアス・ドリフト・ドリフトレート・周波数間バイアス：基準点数×４、
（ｇ）受信機信号遅延：基準点数
（ｈ）波数不定数：衛星数×基準点数、

（２）対象システムの観測方程式の記述

ここで、ｍ（ｔ）は観測量、ｇ（ｘ（ｔ））は観測関数、ｖ（ｔ）は観測雑音である。
観測量の内容は擬似距離、搬送波位相、デルタレンジである。

ここで、記号の説明は以下の通りである。

式（２）を離散値化することとで以下の離散表現が得られる。

（３）時間外挿計算

式（１）の状態量のダイナミクスは、線形化のために以下のように定義する。

時間外挿計算のためのシステム状態量の更新は推移行列Φを用いて以下のように表す。

（４）誤差共分散伝播計算

（５）観測更新計算

ここで、Ｋはカルマンゲインである。観測量計算において、光路差補正、サニャック効果、相対論補正、群遅延補正の４つの補正を考慮する。
カルマンゲインＫは以下のように求める。

以上、拡張カルマンフィルタによる実時間推定を示した。

次に、図１９を用いて方法及びソフトウェアの実施形態を示す。データ送信装置１０１の源泉データ収集処理部１０２、第１計算部１０３、第２計算部１０４、データ形式変更部１０４２等の各部が行なう動作は、ハードウェアのみでも実施することができ、ソフトウェアのみでも実施することができ、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせでも実施することができる。また、地域データ記憶部１０５、電子基準点データ記憶部１０７は、例えば、磁気記憶装置である。

上記のデータ送信装置１０１の源泉データ収集処理部１０２、第１計算部１０３、第２計算部１０４、データ形式変更部１０４２、データ送信部１０６等の構成要素の動作は互いに関連しており、これら各構成要素の一連の動作からデータ送信方法の発明を把握することが可能である。図１９はこれら各構成要素の一連の動作から把握したデータ送信方法の発明の工程を示すフローチャートである。
（１）Ｓ１０１は、測位情報１を送信する人工衛星から測位情報１を受信して電子基準点情報２を出力するそれぞれの電子基準点から、電子基準点情報２を収集する工程である。
（２）Ｓ１０２は、収集した電子基準点情報２を使用することにより、電子基準点の位置を測位する場合の測位精度に影響するとともに電子基準点のそれぞれに固有な誤差量を示す基準点固有誤差（例えば、電離層遅延誤差、あるいは対流圏遅延誤差）を複数の電子基準点のそれぞれについて計算する工程である。
（３）Ｓ１０３は、地域データに地域の中の位置を示す複数のグリッド（位置表示点）を設定し、設定した複数のグリッドのそれぞれに対して、グリッドの示す位置を測位する場合の測位精度に影響するとともにグリッドのそれぞれに固有な誤差量を示す表示点固有誤差データ（例えば、そのグリッドについての電離層遅延誤差、あるいは対流圏遅延誤差）を複数の電子基準点のそれぞれについて計算した基準点固有誤差に基づいて計算し、複数のグリッドのそれぞれに対して計算した複数の表示点固有誤差データを送信対象データとして出力する工程である。
（３）Ｓ１０４は、出力された送信対象データに含まれる少なくともいずれかの表示点固有誤差データのデータ形式を変更する工程である。例えば、データ形式を差分表示に変更する。
（４）Ｓ１０５は、データ形式が変更された表示点固有誤差データを含む送信対象データを送信する工程である。

センター局１００のデータ送信装置１０１が送信する補正データを用いて自己の位置を測位する測位装置２０１について説明する。図１に示すように、測位装置２０１は、準天頂衛星４００を介して補正データ３（軌道誤差δＯ、衛星クロック誤差、グリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ、グリッド対流圏遅延誤差δＴ_ｇ等）を受信する。測位装置２０１は、この補正データ３と、ＧＰＳ衛星３００ａ・・・ＧＰＳ衛星３００ｎ等からの測位情報１とにより位置を測位する。補正データ３のうち、グリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ、及びグリッド対流圏遅延誤差δＴ_ｇについては、図１３に示した各グリッドのデータを受信する。測位装置２０１は、単独測位による単独測位位置を求め、この単独測位位置に基づいて、受信した各グリッドのうち所定のグリッドに関するグリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ、及びグリッド対流圏遅延誤差δＴ_ｇを選択する。そして、選択したグリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ、及びグリッド対流圏遅延誤差δＴ_ｇから、測位計算に使用するべき電離層遅延誤差及び対流圏遅延誤差を計算し（グリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇとグリッド対流圏遅延誤差δＴ_ｇとを、使用するべき電離層遅延誤差、対流圏遅延誤差に「変換」する）、これら変換した電離層遅延誤差、対流圏遅延誤差を使用して測位する。

また、図１に示すように、測位装置２０１は、準天頂衛星４００を介して補正データ３（軌道誤差δＯ、衛星クロック誤差、グリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ、グリッド対流圏遅延誤差δＴ_ｇ等）を受信する。測位装置２０１は、この補正データ３と、ＧＰＳ衛星３００ａ・・・ＧＰＳ衛星３００ｎ等からの測位情報１とにより位置を測位する。補正データ３のうち、グリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ、及びグリッド対流圏遅延誤差δＴ_ｇについては、各グリッドのデータを受信する。測位装置２０１は、単独測位による単独測位位置を求め、この単独測位位置に基づいて、受信した各グリッドのうち所定のグリッドに関するグリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ、及びグリッド対流圏遅延誤差δＴ_ｇを選択する。そして、選択したグリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇ、及びグリッド対流圏遅延誤差δＴ_ｇから、測位計算に使用するべき電離層遅延誤差及び対流圏遅延誤差を計算する（グリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇとグリッド対流圏遅延誤差δＴ_ｇとを、使用するべき電離層遅延誤差、対流圏遅延誤差に「変換」する）。並行して、単独測位による単独測位位置を求め、この単独測位位置に基づいて衛星間の幾何学的距離を求め、電離層、対流圏、衛星クロック誤差、軌道誤差を加算して、単独測位位置における仮想的な観測データ（仮想観測データ）を求める。この仮想的な観測データから、測位装置で観測された観測データとの差分を取り、相対測位を実施し、測位する。
また、上記の変換ための変換器を従来の受信機に付与して、従来の受信機からの単独測位結果から、上記の補正値および仮想的な観測データを生成し、従来の受信機器送ることにより、従来の受信機を用いても測位可能である。

以上のように本実施の形態に係るデータ送信装置は、電子基準点のそれぞれについて計算した電離層遅延誤差（あるいは対流圏遅延誤差）に基づき、各グリッドごとの電離層遅延誤差（あるいは対流圏遅延誤差）を計算し送信するので、測位の精度を向上することができる。また、観測データを送信しないので、送信するべきデータ量を低減することができる。

以上のように本実施の形態に係るデータ送信装置は、送信するべきデータのデータ形式を変更するデータ形式変更部を備えたので、送信するデータのデータ量を低減することができる。

以上のように本実施の形態に係るデータ送信方法は、電子基準点のそれぞれについて計算した電離層遅延誤差（あるいは対流圏遅延誤差）に基づき、各グリッドごとの電離層遅延誤差（あるいは対流圏遅延誤差）を計算し送信するので、測位の精度を向上することができる。また、観測データを送信しないので、送信するべきデータ量を低減することができる。

以上のように本実施の形態に係る測位装置は、本実施の形態１に係るデータ送信装置からデータ量が低減された補正データを受信して位置を測位する。このため、より簡単な構成にすることができる。また、本実施の形態に係る測位装置は、各グリッドに関する電離層遅延誤差（あるいは対流圏遅延誤差）に基づき位置を測位するので、精度を向上することができる。

以上のように本実施の形態に係るデータ送信装置は、地域データ毎に電離層遅延誤差、対流圏遅延誤差を分割して送ることにより、グリッドの形状、サイズをシステム構築後の運用段階においても変更およびグリッドの追加、地域データの追加等が可能であり、システムにおける柔軟性を向上することができる。

実施の形態１における測位用補正データ配信システムの構成を示す。 実施の形態１における各誤差要因のレンジ幅を示す。 実施の形態１における各誤差要因毎のデータサイズを示す。 実施の形態１における地域データの配置例を示す。 実施の形態１におけるデータ送信装置の構成を示す。 実施の形態１におけるデータ送信装置の動作を示す。 実施の形態１における衛星の軌道誤差を示す。 実施の形態１における各グリッドの電離層遅延誤差を求める過程を示すフローチャートである。 実施の形態１における地域データの配置例を示す。 実施の形態１における地域データ内のグリッド配置例を示す。 実施の形態１における電子基準点とグリッドの関係を示す。 実施の形態１における関数モデルと統計モデルを使った２次元の場合の補間の概念を示す。 実施の形態１における電離層遅延誤差δＩ_ｉとグリッド電離層遅延誤差δＩ_ｇとの関係を示す。 実施の形態１における電離層データ配信フォーマットを示す。 実施の形態１における対流圏データ配信フォーマットを示す。 実施の形態１における各グリッドの対流圏遅延誤差を求める過程を示すフローチャートである。 実施の形態１における衛星軌道誤差モデルを示す。 実施の形態１におけるグリッド対流圏遅延誤差を示す。 実施の形態１におけるデータ送信方法の発明の工程を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 測位情報、２ 電子基準点情報、３ 補正データ、１０ａ，１０ｎ 電子基準点、１００ センター局、１０１ データ送信装置、１０２ 源泉データ収集処理部、１０３ 第１計算部、１０４ 第２計算部、１０４１ 補間処理部、１０４２ データ形式変更部、１０５ 地域データ記憶部、１０６ データ送信部、１０７ 電子基準点データ記憶部、２０１ 測位装置、３００ａ，３００ｎ ＧＰＳ衛星、４００ 準天頂衛星、５００ 測位用補正データ配信システム。

Claims (11)

1. 測位情報を送信する人工衛星から前記測位情報を受信して所定の情報を出力する複数の電子基準点のそれぞれから、前記所定の情報を電子基準点情報として収集する収集部と、
   前記収集部の収集した前記電子基準点情報を使用することにより、前記電子基準点の位置を測位する場合の測位精度に影響するとともに前記電子基準点のそれぞれに固有な誤差量を示す基準点固有誤差を前記複数の電子基準点のそれぞれについて計算する第１計算部と、
   所定の地域を示す地域データに前記地域の中の位置を示す複数の位置表示点を設定し、設定した前記複数の位置表示点のそれぞれに対して、前記位置表示点の示す位置を測位する場合の測位精度に影響するとともに前記位置表示点のそれぞれに固有な誤差量を示す表示点固有誤差データを前記第１計算部が前記複数の電子基準点のそれぞれについて計算した前記基準点固有誤差に基づいて計算し、前記複数の位置表示点のそれぞれに対して計算した複数の前記表示点固有誤差データを送信対象データとして出力する第２計算部と、
   前記第２計算部が出力した前記送信対象データをデータ伝送するデータ送信部と
   を備えたことを特徴とするデータ送信装置。
2. 前記データ送信装置は、さらに、
   前記第２計算部が出力する前記送信対象データを入力し、入力した前記送信対象データに含まれる少なくともいずれかの前記表示点固有誤差データのデータ形式を変更するデータ形式変更部を備え、
   前記データ送信部は、
   前記データ形式変更部によりデータ形式が変更された変更固有誤差データを含む前記送信対象データを送信することを特徴とする請求項１記載のデータ送信装置。
3. 前記データ形式変更部は、
   入力した前記送信対象データに含まれる少なくともいずれかの前記表示点固有誤差データに対して、前記データ形式の変更として、データ圧縮とフレーミングとを施すことを特徴とする請求項２記載のデータ送信装置。
4. 収集部と第１計算部と第２計算部とデータ形式変更部とデータ送信部とを備えたデータ送信装置が行なうデータ送信方法において、
   収集部が、測位情報を送信する人工衛星から前記測位情報を受信して所定の情報を出力する複数の電子基準点のそれぞれから、前記所定の情報を電子基準点情報として収集する工程と、
   第１計算部が、収集した前記電子基準点情報を使用することにより、前記電子基準点の位置を測位する場合の測位精度に影響するとともに前記電子基準点のそれぞれに固有な誤差量を示す基準点固有誤差を前記複数の電子基準点のそれぞれについて計算する工程と、
   第２計算部が、所定の地域を示す地域データに前記地域の中の位置を示す複数の位置表示点を設定し、設定した前記複数の位置表示点のそれぞれに対して、前記位置表示点の示す位置を測位する場合の測位精度に影響するとともに前記位置表示点のそれぞれに固有な誤差量を示す表示点固有誤差データを前記複数の電子基準点のそれぞれについて計算した前記基準点固有誤差に基づいて計算し、前記複数の位置表示点のそれぞれに対して計算した複数の前記表示点固有誤差データを送信対象データとして出力する工程と、
   データ形式変更部が、出力された前記送信対象データに含まれる少なくともいずれかの前記表示点固有誤差データのデータ形式を変更する工程と、
   データ送信部が、データ形式が変更された前記表示点固有誤差データを含む前記送信対象データを送信する工程とを
   備えたことを特徴とするデータ送信方法。
5. 請求項１記載のデータ送信装置の送信する前記表示点固有誤差データを受信し、受信した前記表示点固有誤差データを現在の位置における誤差データに変換し、変換した前記誤差データを用いて現在の位置における観測データを補正し、測位することを特徴とする測位装置。
6. 請求項１記載のデータ送信装置の送信する前記表示点固有誤差データを受信し、受信した前記表示点固有誤差データを現在の概略位置における誤差データに変換し、変換した前記誤差データを前記概略位置と人工衛星との距離に加えることにより、前記概略位置における仮想観測データを生成し、生成した前記仮想観測データを基準点データとして用いることにより現在の位置における観測データを補正し、測位することを特徴とする測位装置。
7. 前記第１計算部は、
   １つ以上の電子基準点における電子基準点情報として、観測量である各人工衛星に関する擬似距離と、搬送波位相と、デルタレンジ（ドップラ）とのうちの少なくともいずれかを入力観測量として入力し、あらかじめ測定されている前記電子基準点の位置を取得し、
   入力した前記入力観測量と取得した前記電子基準点の位置とに対してカルマンフィルタを使用することにより、測位に使用する誤差を前記電子基準点における前記基準点固有誤差である電離層遅延と対流圏遅延と、さらに前記基準点固有誤差以外の誤差である衛星クロック誤差と衛星軌道誤差との４つに分割して計算し、
   前記第２計算部は、
   前記第１計算部が計算した前記電離層遅延と前記対流圏遅延と前記衛星クロック誤差と前記衛星軌道誤差とを入力し、入力した前記電離層遅延と前記対流圏遅延と前記衛星クロック誤差と前記衛星軌道誤差とに基づいて、あらかじめ設定された前記位置表示点における電離層遅延と対流圏遅延とを、それぞれ前記表示点固有誤差データとして計算し、
   前記データ送信部は、
   前記第１計算部が計算した各人工衛星毎の前記衛星クロック誤差と前記衛星軌道誤差と、前記第２計算部が計算した前記位置表示点における前記電離層遅延と前記対流圏遅延とを用いることにより、所定の地域を示す複数の地域データのそれぞれに対して所定の処理を施し、前記所定の処理が施された前記地域データを配信することを特徴とする請求項１記載のデータ送信装置
8. 前記第２計算部は、
   前記第１計算部が２以上の前記電子基準点について、各電子基準点おける基準点固有誤差である前記電離層遅延と前記対流圏遅延とを計算した場合に、２以上の前記電離層遅延を補完するとともに、２以上の前記対流圏遅延を補完することにより、あらかじめ設定された前記位置表示点における電離層遅延と対流圏遅延とを計算することを特徴とする請求項７記載のデータ送信装置。
9. 前記データ送信部は、
   所定の地域を示す地域データ毎に、所定の地域の基準となる位置表示点の座標値、サンプリング間隔、範囲を付与して配信することを特徴とする請求項７記載のデータ送信装置。
10. 前記データ送信部が配信する前記地域データは、
    隣接する地域を示す他の地域データと重複する範囲を有することを特徴とする請求項７記載のデータ送信装置。
11. 前記データ送信部は、
    所定の地域の基準となる位置表示点の誤差データと、この位置表示点と異なる他の位置表示点の誤差データとの差分として変換された表示点固有誤差データを含む前記送信対象データをデータ伝送することを特徴とする請求項１記載のデータ送信装置。

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