JP2007127579A - Relative-positioning system for carrier phase - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carrier phase relative-positioning system capable of determining an integer bias with high precision, even in the case of a long baseline. <P>SOLUTION: In a positioning operation part 32, time updates of a baseline vector and the amount of ionospheric delay are generated from an observed phase difference, and by using the generated time updates, the observed phase difference obtained from a phase-difference operation part 31, and satellite information obtained from a GPS receiver 201, an integer bias with respect to a reference frequency, an integer bias with respect to a wide lane signal, a baseline vector, and ionospheric delay are estimated. Consequently, the integer bias and the baseline vector can be found by eliminating an influence of an ionospheric delay error. Moreover, it is also possible as another method to determine the integer bias with respect to the wide lane signal, and subsequently estimate using this as known information, the integer bias with respect to the reference frequency, the baseline vector, and the ionospheric delay. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は測位用衛星からの搬送波の位相を利用して相対測位を行う装置に関し、特に電離層遅延量を推定・除去する技術に関する。 The present invention relates to an apparatus for performing relative positioning using the phase of a carrier wave from a positioning satellite, and more particularly to a technique for estimating and removing an ionospheric delay amount.

従来、GPS衛星等の測位用衛星(以下、「測位用衛星」という。)から送信される電波を複数の受信機で受信して、それらのキャリア位相を測定することによって相対測位を行う方法が、例えば、船舶等の移動体の相対測位を行う装置等に適用されている。 Conventionally, there has been a method of performing relative positioning by receiving radio waves transmitted from positioning satellites such as GPS satellites (hereinafter referred to as “positioning satellites”) by a plurality of receivers and measuring their carrier phases. For example, it is applied to an apparatus for performing relative positioning of a moving body such as a ship.

このような測位装置では、以下に示す方法で相対測位を行う。 In such a positioning device, relative positioning is performed by the following method.

2つの測位用衛星から送信された電波を、複数の受信機で受信し、それぞれのキャリア位相を測定する。そして、2つのアンテナを組として、一方の測位用衛星からの電波に基づく前記2つのアンテナの1重位相差と、他方の測位用衛星からの電波に基づく前記2つのアンテナの1重位相差との差を2重位相差として求める。なお、アンテナ間位相差を取るのは、衛星に起因する誤差を取り除くためであるから、衛星に起因する誤差を外部手段により取り除くことが可能な場合には、0重位相差(位相差を取らない場合)および衛星間1重位相差を用いてもよい。 Radio waves transmitted from two positioning satellites are received by a plurality of receivers, and the respective carrier phases are measured. And, as a pair of two antennas, the single phase difference of the two antennas based on the radio wave from one positioning satellite, and the single phase difference of the two antennas based on the radio wave from the other positioning satellite Is obtained as a double phase difference. Note that the phase difference between the antennas is taken to remove the error caused by the satellite. Therefore, when the error caused by the satellite can be removed by an external means, the zero-fold phase difference (the phase difference is taken). And a single phase difference between satellites may be used.

このように算出された2重位相差は波数単位に変換すると整数部と小数部とに分解される。このうち、小数部は測位装置により直接測定することができるが、整数部は直接測定できず不定性を残してしまう。この直接測定できない整数部を整数バイアスと呼び、この整数バイアスを求めることにより正確な位相差を求めることができる。整数バイアスは前述のように直接測定できないため、通常各種の方法で推定演算および検定して決定する。その後、基準アンテナと他のアンテナ(例えば、移動体に備えられたアンテナ)を結ぶ基線ベクトルを算出し、相対測位を行う(例えば、特許文献1、2参照)。
特開2002−40124号公報 特開2005−69866号公報
The double phase difference calculated in this way is decomposed into an integer part and a decimal part when converted into wave number units. Of these, the decimal part can be measured directly by the positioning device, but the integer part cannot be measured directly, leaving indefiniteness. This integer part that cannot be directly measured is called an integer bias, and an accurate phase difference can be obtained by obtaining this integer bias. Since the integer bias cannot be directly measured as described above, it is usually determined by various estimation methods and tests. Thereafter, a base line vector connecting the reference antenna and another antenna (for example, an antenna provided in the moving body) is calculated, and relative positioning is performed (for example, refer to Patent Documents 1 and 2).
JP 2002-40124 A JP 2005-69866 A

前述のように測位装置では、整数バイアスを如何に正確に決定するかが、測位精度に大きく影響する。基線長が短い(短基線の)場合、すなわち、測位したい移動体の位置(移動体に備えられたアンテナの位置)が基準の位置(基準アンテナの位置)から近い場合には、既知の各技術で精度良く整数バイアスが決定される。 As described above, in the positioning device, how accurately the integer bias is determined greatly affects the positioning accuracy. When the base line length is short (short base line), that is, when the position of the moving body to be measured (the position of the antenna provided in the moving body) is close to the reference position (the position of the reference antenna), each known technique The integer bias is determined with high accuracy.

しかし、基線長が長い(長基線の)場合、すなわち、測位したい移動体(固定点でもよい)の位置(移動体に備えられたアンテナの位置)が基準の位置(基準アンテナの位置)から遠い場合、例えば、遠洋に存在する船舶で自船位置を測位する場合には、測位用衛星から送信される電波の電離層遅延や対流圏遅延等の影響を受ける。特に、電離層遅延量の影響が大きく、整数バイアスの推定に対する電離層遅延量の影響をできる限り抑制することで、長基線における整数バイアス推定精度の向上が可能となる。 However, when the base line length is long (long base line), that is, the position of the moving body (which may be a fixed point) to be positioned (the position of the antenna provided in the moving body) is far from the reference position (the position of the reference antenna). In this case, for example, when the ship position is measured by a ship existing in the ocean, it is affected by ionospheric delay and tropospheric delay of the radio wave transmitted from the positioning satellite. In particular, the influence of the ionospheric delay amount is large, and it is possible to improve the integer bias estimation accuracy in the long baseline by suppressing the influence of the ionospheric delay amount on the integer bias estimation as much as possible.

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、電離層遅延量の影響を除去した整数バイアスのフロート解の算出を可能とすることにより、基線長に関わらず高精度且つ高速に整数バイアスを決定することができるキャリア位相相対測位装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and can determine an integer bias with high accuracy and high speed regardless of the baseline length by enabling calculation of an integer bias float solution that eliminates the influence of ionospheric delay. It is an object of the present invention to provide a carrier phase relative positioning device that can be used.

前記課題を解決するために、本発明は、少なくとも1つが移動体上に固定され、測位用衛星から送信される複数の周波数の電波を受信する複数のアンテナと、前記複数のアンテナで受信した測位用信号からキャリア位相とともに、測位用信号に重畳された衛星情報を得る受信機と、前記キャリア位相から1つの基準周波数の電波に対する位相差観測量、及びワイドレーン信号の位相差観測量を生成する位相差演算部と、前記位相差観測量及び前記衛星情報から整数バイアス及び基線ベクトルを求め、得られた基線ベクトルに基づいて測位演算を行う測位演算部とを備え、前記測位演算部は、基準周波数に対する整数バイアス、基線ベクトル、及び電離層遅延量の推定演算に、1つの基準周波数の電波に対する位相差観測量と、ワイドレーン信号の位相差観測量と、前記位相差観測量から得られる単位時間当たりの電離層誤差の変化量から生成した基線ベクトル及び電離層遅延量の時間更新と、を少なくとも用いることを特徴とする。なお、推定演算の手法としては、例えばカルマンフィルタによる手法がある。これにより、電離層遅延量の影響を除去した整数バイアス、基線ベクトルを得ることができる。 In order to solve the above problems, the present invention provides a plurality of antennas that receive radio waves of a plurality of frequencies transmitted from a positioning satellite, at least one of which is fixed on a moving body, and positioning received by the plurality of antennas. A receiver that obtains satellite information superimposed on a positioning signal together with a carrier phase from a signal for signal generation, a phase difference observation amount for a radio wave of one reference frequency, and a phase difference observation amount for a wide lane signal from the carrier phase A phase difference calculation unit; and a positioning calculation unit that obtains an integer bias and a baseline vector from the phase difference observation amount and the satellite information, and performs a positioning calculation based on the obtained baseline vector. For estimation calculation of integer bias, baseline vector, and ionospheric delay for frequency, phase difference observable for one reference frequency radio wave and wide lane signal And a time-base update of the baseline vector and ionosphere delay amount generated from the amount of change in ionospheric error per unit time obtained from the phase difference observation amount. As an estimation calculation technique, for example, there is a technique using a Kalman filter. Thereby, an integer bias and a base line vector from which the influence of the ionospheric delay amount is removed can be obtained.

また、ワイドレーン信号はその波長が長く、例えば、L1−L2波の波長は0.862m、L1−L5波の波長は0.751m、L2−L5波の波長は5.865mであり、L1波の波長0.190m、L2波の波長0.244m、L5波の波長0.255mに比べ長い。そのため、長基線の場合であっても比較的容易にワイドレーン信号の整数バイアスを求めることができる。また、メルボルン・ビュベナ線形結合式を用いることにより、電離層遅延量の影響を除去したワイドレーン信号の整数バイアスを簡単に求めることができる。そのため、本発明の他の形態として、前記測位演算部が、先ず、前記位相差観測量及び前記衛星情報からワイドレーン信号の整数バイアスを決定し、該決定したワイドレーン信号の整数バイアス、前記時間更新、前記位相差観測量、及び前記衛星情報から、例えばカルマンフィルタを用いて、基準周波数に対する整数バイアス、基線ベクトル、及び電離層遅延を推定することも可能である。 The wavelength of the wide lane signal is long, for example, the wavelength of the L1-L2 wave is 0.862 m, the wavelength of the L1-L5 wave is 0.751 m, the wavelength of the L2-L5 wave is 5.865 m, and the wavelength of the L1 wave is 0.190. m, L2 wave wavelength is 0.244 m, and L5 wave wavelength is 0.255 m. Therefore, even in the case of the long baseline, the integer bias of the wide lane signal can be obtained relatively easily. Further, by using the Melbourne-Bubena linear combination formula, the integer bias of the wide lane signal from which the influence of the ionospheric delay amount is removed can be easily obtained. Therefore, as another embodiment of the present invention, the positioning calculation unit first determines an integer bias of a wide lane signal from the phase difference observation amount and the satellite information, and determines the integer bias of the determined wide lane signal and the time From the update, the phase difference observation amount, and the satellite information, it is also possible to estimate an integer bias, a base line vector, and an ionospheric delay with respect to a reference frequency using, for example, a Kalman filter.

本発明によれば、位相差観測量から基線ベクトルと電離層遅延量の時間更新を生成し、該生成した時間更新、前記位相差観測量、及び前記衛星情報を用いて、基準周波数に対する整数バイアス、ワイドレーン信号に対する整数バイアス、基線ベクトル、及び電離層遅延を推定することにより、電離層遅延誤差の影響を除去した整数バイアス及び基線ベクトルを求めることができる。 According to the present invention, the base line vector and the ionosphere delay amount time update are generated from the phase difference observation amount, and the generated time update, the phase difference observation amount, and the satellite information are used to integer bias with respect to a reference frequency, By estimating the integer bias, the baseline vector, and the ionospheric delay for the wide lane signal, the integer bias and the baseline vector from which the influence of the ionospheric delay error is removed can be obtained.

また、ワイドレーン信号の波長はL1波とL2波を用いた場合、約0.86mであり、例えば、DGPS測位結果やメルボルン・ビュベナ線形結合を用いてワイドレーン信号の整数バイアスを容易に決定することができる。そのため、先ず、ワイドレーン信号の整数バイアスを決定し、決定したワイドレーン信号の整数バイアス、時間更新、位相差観測量、及び衛星情報を用いて、基準周波数に対する整数バイアス、基線ベクトル、及び電離層遅延を推定することにより、より正確に整数バイアス及び基線ベクトルを求めることもできる。 The wavelength of the wide lane signal is approximately 0.86 m when using the L1 wave and L2 wave. For example, the integer bias of the wide lane signal can be easily determined using the DGPS positioning result or Melbourne-Bubena linear combination. Can do. Therefore, first, the integer bias of the wide lane signal is determined, and the integer bias, baseline vector, and ionospheric delay with respect to the reference frequency are determined using the determined integer bias, time update, phase difference observation amount, and satellite information of the wide lane signal. It is also possible to determine the integer bias and the baseline vector more accurately by estimating.

これにより、長基線の場合であっても電離層遅延量の影響を除去した測位演算を行うことができ、測位精度の向上に寄与する。 Thereby, even in the case of a long baseline, positioning calculation can be performed without the influence of the ionospheric delay amount, which contributes to improvement of positioning accuracy.

また、基準周波数に対する整数バイアス決定後も電離層遅延量の推定を継続して行い、観測量に対して電離層遅延量を補正することにより、測位精度をさらに向上させることも可能である。 In addition, it is possible to further improve the positioning accuracy by continuously estimating the ionospheric delay amount after determining the integer bias with respect to the reference frequency and correcting the ionospheric delay amount with respect to the observed amount.

(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1によるキャリア位相相対測位装置について図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a carrier phase relative positioning apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本実施形態に係る測位環境を示す概略図であり、図2は移動体受信機の測位装置の主要部を示す概略ブロック図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a positioning environment according to the present embodiment, and FIG. 2 is a schematic block diagram showing a main part of a positioning device of a mobile receiver.

図1において、100は固定局(基準局)に備えられたGPSアンテナ、101は船舶(移動体)に備えられたGPSアンテナ、sat1〜satNは測位用衛星である。また、GPSアンテナ101が備えられた船舶は、図2に示すように、GPS受信機201と相対測位演算処理部301を備えている。相対測位演算処理部301は、位相差演算部31と、測位演算部32を備えている。 In FIG. 1, 100 is a GPS antenna provided in a fixed station (reference station), 101 is a GPS antenna provided in a ship (moving body), and sat1 to satN are positioning satellites. Further, the ship provided with the GPS antenna 101 includes a GPS receiver 201 and a relative positioning calculation processing unit 301 as shown in FIG. The relative positioning calculation processing unit 301 includes a phase difference calculation unit 31 and a positioning calculation unit 32.

測位用衛星sat1〜satNは、複数の周波数の電波を送信する。なお、本実施形態では、この電波としてGPSシステムで使用されるL1波(fL1=1575.42MHz)、L2波(fL2=1227.60MHz)、L5波(1176.45MHz)のうち、L1波とL2波が送信されるものとし、受信機側ではL1波を基準信号とした処理内容について説明を行う。なお、これら電波はコードとよばれる測位符号がいくつか重畳された搬送波からなり、L1波にはC/AコードとPコードとを含み、他にエフェメリス情報や電離層遅延および対流圏遅延に関する情報からなる航法メッセージが重畳されている。 The positioning satellites sat1 to satN transmit radio waves having a plurality of frequencies. In the present embodiment, among the L1 wave (f L1 = 1575.42 MHz), L2 wave (f L2 = 1227.60 MHz), and L5 wave (1176.45 MHz) used in the GPS system as this radio wave, the L1 wave The processing contents using the L1 wave as a reference signal will be described on the receiver side. These radio waves are composed of a carrier wave on which several positioning codes called codes are superimposed. The L1 wave includes a C / A code and a P code, and also includes information on ephemeris information, ionospheric delay and tropospheric delay. Navigation message is superimposed.

GPSアンテナ101は、移動体上に固定されたアンテナであり、測位用衛星sat1〜satNの所定の測位用衛星からの電波を受信して中間周波数信号に変換し、増幅器で増幅してGPS受信機201に送信する。この時GPSアンテナ101が受信する電波は、前述の測位用衛星から送信される複数の周波数の電波(ここでは、L1波、L2波)である。 The GPS antenna 101 is an antenna fixed on a moving body, receives radio waves from predetermined positioning satellites of the positioning satellites sat1 to satN, converts them into intermediate frequency signals, amplifies them with an amplifier, and receives a GPS receiver. To 201. The radio waves received by the GPS antenna 101 at this time are radio waves having a plurality of frequencies (here, L1 waves and L2 waves) transmitted from the positioning satellite.

GPS受信機201は、GPSアンテナ101で受信した複数の周波数の電波から得たキャリア位相とともに前記電波に重畳される各衛星情報を、相対測位演算処理部301へ所定の間隔で送信する。ここで、キャリア位相は位相差演算部31に送信され、衛星情報は測位演算部32に送信される。 The GPS receiver 201 transmits each satellite information superimposed on the radio wave together with carrier phases obtained from radio waves of a plurality of frequencies received by the GPS antenna 101 to the relative positioning calculation processing unit 301 at a predetermined interval. Here, the carrier phase is transmitted to the phase difference calculation unit 31, and the satellite information is transmitted to the positioning calculation unit 32.

位相差演算部31は、GPS受信機201から受信したキャリア位相信号と、基準アンテナで受信した信号を基準受信機で解析して得られる同様の信号とから2重位相差の観測量(以下、位相差観測量とする。)を算出して、測位演算部32に与える。位相差演算部31で生成する位相差観測測量は2種類あり、位相差演算部31は複数の周波数の電波から得たキャリア位相に基づいて、1つの基準周波数の電波(L1)に対する位相差観測量と、1つの基準周波数の電波(L1)に対して異なる周波数の電波(L2)を差分合成してなるワイドレーン信号の位相差観測量を生成する。 The phase difference calculation unit 31 uses a carrier phase signal received from the GPS receiver 201 and an observation amount of a double phase difference (hereinafter, referred to as a similar signal obtained by analyzing the signal received by the reference antenna with the reference receiver). The phase difference observation amount is calculated and given to the positioning calculation unit 32. There are two types of phase difference observation surveys generated by the phase difference calculation unit 31. The phase difference calculation unit 31 performs phase difference observation for one reference frequency radio wave (L1) based on carrier phases obtained from radio waves of a plurality of frequencies. And a phase difference observation amount of a wide lane signal formed by differentially combining a radio wave (L2) having a different frequency with respect to a radio wave (L1) having a single reference frequency.

測位演算部32は、GPS受信機201から与えられた衛星情報、位相差演算部31から与えられた位相差観測量、及び前記位相差観測量から生成した基線ベクトル・電離層遅延量の時間更新を用いて、基準周波数に対する整数バイアス(以下、適宜L1帯バイアスとする。)、ワイドレーン信号に対する整数バイアス(以下、適宜WLバイアスとする。)、基線ベクトル、及び電離層遅延量の推定演算を行う。この推定演算を行うための手法としては、例えばカルマンフィルタを用いた技法がある。その後、測位演算部32は、推定された整数バイアスの検定処理等を行って整数バイアスを決定し、基線ベクトルを算出した後、得られた基線ベクトルに基づいて測位演算を行う。 The positioning calculation unit 32 performs time update of the satellite information given from the GPS receiver 201, the phase difference observation amount given from the phase difference calculation unit 31, and the baseline vector / ionosphere delay amount generated from the phase difference observation amount. And an integer bias for the reference frequency (hereinafter referred to as L1 band bias as appropriate), an integer bias for the wide lane signal (hereinafter referred to as WL bias as appropriate), a baseline vector, and an ionospheric delay amount. As a technique for performing this estimation calculation, for example, there is a technique using a Kalman filter. Thereafter, the positioning calculation unit 32 performs an estimated integer bias test process and the like to determine the integer bias, calculates a baseline vector, and then performs a positioning calculation based on the obtained baseline vector.

図3は、本発明の実施の形態1によるキャリア位相相対測位装置の測位演算部32が行う処理内容の一例を示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart showing an example of processing contents performed by the positioning calculation unit 32 of the carrier phase relative positioning device according to Embodiment 1 of the present invention.

(S101)先ず、ステップS101として、GPS受信機201から与えられた衛星情報、位相差演算部31から与えられた位相差観測量、及び前記位相差観測量から生成された基線ベクトルと電離層遅延量の時間更新から、例えばカルマンフィルタを用いてL1帯バイアス、WLバイアス、基線ベクトル、及び電離層遅延量の推定を行う。なお、ここで推定されるL1帯バイアス及びWLバイアスは、整数バイアスのフロート解と呼ばれる小数部を持つバイアス値である(以下、この解をL1帯バイアスのフロート解、WLバイアスのフロート解とする。)。 (S101) First, as step S101, the satellite information given from the GPS receiver 201, the phase difference observation amount given from the phase difference calculation unit 31, and the baseline vector and ionosphere delay amount generated from the phase difference observation amount From this time update, the L1 band bias, the WL bias, the baseline vector, and the ionospheric delay amount are estimated using, for example, a Kalman filter. The L1 band bias and WL bias estimated here are bias values having a fractional part called an integer bias float solution (hereinafter, this solution is referred to as an L1 band bias float solution and a WL bias float solution). .)

(S102)次に、推定されたL1帯バイアスのフロート解、WLバイアスのフロート解は、例えば、LAMBDA法等の公知の技法を用いて整数化される。 (S102) Next, the estimated float solution of the L1 band bias and the float solution of the WL bias are converted into integers using a known technique such as the LAMBDA method.

(S103)ステップS103は、ステップS102で得られた整数バイアスが正しいかどうかを検定する処理である。整数バイアスの検定に失敗した場合には、再度、整数バイアスのフロート解の算出(ステップS101)、整数化処理(S102)を行う。一方、整数バイアスの検定をパスした場合には、基線ベクトルの推定処理に移行する。これにより、電離層遅延量の影響を除去したL1帯バイアス、WLバイアスを得ることができる。 (S103) Step S103 is a process for testing whether or not the integer bias obtained in step S102 is correct. If the integer bias test fails, the calculation of the integer bias float solution is performed again (step S101), and the integer processing (S102) is performed. On the other hand, if the integer bias test is passed, the process proceeds to a baseline vector estimation process. Thereby, it is possible to obtain the L1 band bias and the WL bias from which the influence of the ionospheric delay amount is removed.

(S104)ステップS105では、決定されたL1帯バイアス、WLバイアス、及び電離層遅延量に基づいて、基線ベクトルを算出する。これにより、電離層遅延量の影響を除去した基線ベクトルを得ることができる。
(S105)得られた基線ベクトルを用いて、相対測位を行う。
(S104) In step S105, a baseline vector is calculated based on the determined L1 band bias, WL bias, and ionospheric delay amount. Thereby, a baseline vector from which the influence of the ionospheric delay amount is removed can be obtained.
(S105) Relative positioning is performed using the obtained baseline vector.

次に、ステップS101で説明した整数バイアスのフロート解の推定処理について、カルマンフィルタを用いる場合を例にとってさらに詳細に説明する。 Next, the integer bias float solution estimation process described in step S101 will be described in more detail with reference to an example in which a Kalman filter is used.

(観測方程式)
自受信機観測量の擬似距離P、積算搬送波位相(以下、ADRとする。)Ψは、それぞれ以下の式で定義される。添え字について、例えばPi 1kは受信機kで衛星i のL1帯信号を観測した擬似距離を表す。

Figure 2007127579
(Observation equation)
The pseudo-range P and the accumulated carrier phase (hereinafter referred to as ADR) Ψ of the own receiver observation amount are respectively defined by the following equations. For example, P i 1k represents a pseudo distance obtained by observing the L1 band signal of the satellite i at the receiver k.
Figure 2007127579

また、WLのADRは、衛星i,j、受信機k,lに対する、L1帯ADRの二重差∇ΔΨij 1klおよびL2帯ADRの二重差∇ΔΨij 2klを用いて、次式のように表すことができる。

Figure 2007127579
Further, ADR of WL are satellite i, j, receiver k, for l, using a double difference ∇ΔΨ ij 2kl double difference ∇ΔΨ ij 1kl and L2 bands ADR of L1 band ADR, as follows Can be expressed as
Figure 2007127579

ここでf−f=fWLとおき、λWL=C/fWL(Cは光速)とすると、次式(5)のように表すことができる。

Figure 2007127579
Here, when f 1 −f 2 = f WL and λ WL = C / f WL (C is the speed of light), the following equation (5) can be obtained.
Figure 2007127579

ところで、対流圏誤差については、モデルを用いた補正により予め除去することができる。また、幾何学的距離∇Δρは、基線ベクトルb=[x,y,z]と方向余弦差行列ΔHを使って∇Δρ=ΔHbと表すことができる。これを利用して(1)式、(5)式から、次式(6)のような観測方程式を立てることができる。

Figure 2007127579
By the way, tropospheric errors can be removed in advance by correction using a model. The geometric distance ∇Δρ can be expressed as ∇Δρ = ΔHb using the baseline vector b = [x, y, z] T and the direction cosine difference matrix ΔH. Using this, an observation equation such as the following equation (6) can be established from equations (1) and (5).
Figure 2007127579

ここで、ステートベクトルを[b, ∇ΔN, ∇ΔNWL, −∇ΔIon1]とおくと観測方程式(6)は、次式(7)のように表すことができる。なお、次式からもわかるように、本発明の実施の形態1による整数バイアスのフロート解の推定処理では、マルチパスなどの影響によって位相観測量に比べて大きな誤差を持つ擬似距離観測量を使用していない。そのため、フロート解の推定処理に擬似距離観測量を用いる場合に比べて、ステートベクトルの推定結果の精度を向上させることができる。

Figure 2007127579
Here, if the state vector is [b, ∇ΔN 1 , ∇ΔN WL , −∇ΔIon1] T , the observation equation (6) can be expressed as the following equation (7). As can be seen from the following equation, the integer bias float solution estimation process according to Embodiment 1 of the present invention uses a pseudorange observable having a larger error than the phase observable due to the influence of multipath or the like. Not done. Therefore, the accuracy of the state vector estimation result can be improved as compared with the case where the pseudo-range observation amount is used for the float solution estimation process.
Figure 2007127579

測位演算部32はカルマンフィルタを用いて、この(7)式のステートベクトルを推定する。この際の時間更新及び観測更新は下記のように設定される。 The positioning calculation unit 32 estimates the state vector of equation (7) using a Kalman filter. The time update and observation update at this time are set as follows.

(時間更新)
時間更新は、新しい観測量が得られるまで計算によって予測値を求める処理である。ここで、整数バイアスはサイクルスリップが生じない限り時間経過により変化しないため、カルマンフィルタにおける整数バイアス、電離層誤差及び基線ベクトルの時間更新は次のように設定する。
(Time update)
The time update is a process for obtaining a predicted value by calculation until a new observation amount is obtained. Here, since the integer bias does not change with time unless cycle slip occurs, the integer bias, ionospheric error, and baseline vector time update in the Kalman filter are set as follows.

1.整数バイアス
整数バイアスは時間経過により変化しないため、整数バイアスは一定とする。
1. Since the integer bias does not change with time, the integer bias is constant.

2.電離層誤差
∇ΔΨ1−∇ΔΨWLは次式(8)より求めることができる。

Figure 2007127579
2. The ionospheric error ∇Δψ 1 −∇Δψ WL can be obtained from the following equation (8).
Figure 2007127579

これより、∇ΔIon1は、次式(9)のようになる。

Figure 2007127579
Accordingly, ∇ΔIon1 is represented by the following equation (9).
Figure 2007127579

前述のように時間変化によって整数バイアスは変化しないため、単位時間当たりの電離層誤差の変化量は次式(10)のように表すことができる。

Figure 2007127579
As described above, since the integer bias does not change with time, the amount of change in the ionospheric error per unit time can be expressed as the following equation (10).
Figure 2007127579

そのため、(10)式で示す単位時間当たりの電離層誤差の変化量をdelta∇Δionとすると、電離層誤差の時間更新は次式(11)のようになる。

Figure 2007127579
Therefore, when the amount of change in the ionospheric error per unit time shown in the equation (10) is delta∇Δion, the time update of the ionospheric error is expressed by the following equation (11).
Figure 2007127579

3.基線ベクトル
基線ベクトルについては、L1帯観測量の方がWL観測量より精度が良いためL1帯観測量を用いて更新する。ここで、時間変化により整数バイアスは変化しないこと、また対流圏誤差は予め除去できることより、∇ΔΨ1(t+1)−∇ΔΨ1(t)は(1)式から次式(12)より求めることができる。

Figure 2007127579
3. The baseline vector baseline vector is updated using the L1 band observation amount because the L1 band observation amount is more accurate than the WL observation amount. Here, since the integer bias does not change with time and the tropospheric error can be removed in advance, ∇Δψ 1 (t + 1) −∇Δψ 1 (t) can be obtained from the following equation (12) from equation (1). it can.
Figure 2007127579

この(12)式をdelta∇Δion(単位時間当たりの電離層誤差の変化量)を用いて整理すると、次式のようになる。

Figure 2007127579
When this equation (12) is arranged using delta∇Δion (amount of change in ionospheric error per unit time), the following equation is obtained.
Figure 2007127579

これより、基線ベクトルの時間更新は次式(13)のように表すことができる。

Figure 2007127579
Thus, the time base vector update can be expressed as the following equation (13).
Figure 2007127579

以上のように設定した1.整数バイアス、2.電離層誤差、3.基線ベクトルの時間更新をマトリクス表示すると、時間更新は次式(14)のようになる。

Figure 2007127579
Set as above. Integer bias, 2. 2. ionospheric error; When the time base update of the baseline vector is displayed in a matrix, the time update is expressed by the following equation (14).
Figure 2007127579

(観測更新)
観測更新は、新しく得られた観測量と予測値から新しい推定値を求める処理であり、観測された値と予測された観測値を比較することにより、誤差に関する情報を得、それに対してあるゲインを掛けて予測値に対して付加し、それを推定値とする。この設定は通常の観測更新と同様である。
(Observation update)
Observation update is a process to obtain a new estimated value from a newly obtained observation amount and a predicted value. By comparing the observed value with the predicted observed value, information on the error is obtained, and a certain gain is obtained. Is added to the predicted value to obtain an estimated value. This setting is the same as normal observation update.

(整数バイアスのフロート解推定処理)
測位演算部32は、前述のように位相差観測量から生成した時間更新、及び観測更新に基づいて、(7)式のステートベクトル[b, ∇ΔN, ∇ΔNWL, −∇ΔIon1]を、カルマンフィルタを用いて推定する。
(Integer bias float solution estimation process)
The positioning calculation unit 32, based on the time update generated from the phase difference observation amount and the observation update as described above, the state vectors [b, ∇ΔN 1 , ∇ΔN WL , −∇ΔIon1] T in Equation (7). Is estimated using a Kalman filter.

その後、推定された整数バイアスのフロート解は、公知のLAMBDA法等を用いて整数化され、整数バイアスの検定が行われる。この検定をパスすることにより、整数バイアスが得られる。整数バイアスの決定後、基線ベクトルは、例えば、前述のカルマンフィルタでの推定演算より得られる電離層遅延量、及び決定された整数バイアスに基づいて、(6)式から求めることができる。 Thereafter, the estimated integer bias float solution is converted into an integer using a known LAMBDA method or the like, and the integer bias is tested. By passing this test, an integer bias is obtained. After the integer bias is determined, the baseline vector can be obtained from Equation (6) based on, for example, the ionospheric delay amount obtained by the above-described estimation calculation using the Kalman filter and the determined integer bias.

以上のような処理を行うことにより、(7)式のステートベクトルの推定演算時に電離層遅延量の影響を除去することができ、整数バイアス及び基線ベクトルを高精度に求めることができる。
また、本発明によれば、マルチパスなどの影響によって位相観測量に比べて大きな誤差を持つ擬似距離観測量を使用せずに整数バイアスのフロート解を推定できるため、フロート解の推定処理に擬似距離観測量を用いる場合に比べて、ステートベクトルの推定結果の精度を向上させることができる。
By performing the processing as described above, it is possible to remove the influence of the ionospheric delay amount during the estimation calculation of the state vector of Equation (7), and to obtain the integer bias and the baseline vector with high accuracy.
In addition, according to the present invention, an integer bias float solution can be estimated without using a pseudorange observable having a larger error than the phase observable due to the influence of multipath or the like. Compared to the case of using the distance observation amount, the accuracy of the state vector estimation result can be improved.

次に、本発明について行ったシミュレーション結果を以下に示す。
図4、図5は、本発明の実施の形態1によるキャリア位相相対測位装置について行ったシミュレーション結果を示す図である。図4は本発明の技法を用いて電離層推定を行った場合のシミュレーション結果を示し、図5は同一条件で、電離層を推定しない場合に得られる結果を示す。
Next, the results of a simulation performed on the present invention are shown below.
4 and 5 are diagrams showing the results of a simulation performed on the carrier phase relative positioning apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 4 shows a simulation result when ionosphere estimation is performed using the technique of the present invention, and FIG. 5 shows a result obtained when the ionosphere is not estimated under the same conditions.

本発明の実施の形態1にかかる手法をPC上に実装し、2004年7月20日10時から約24時間、基線長約35kmの環境で収録したデータを用いて、ポストプロセスにより効果を確認した。カルマンフィルタを3600secごとに24回プログラム上でリセットする。リセットによりカルマンフィルタは推定を開始した状態となるため、異なった衛星配置のもとで24回、1時間づつカルマンフィルタを用いて推定した結果が得られる。経過時間ごとに24回の推定基線ベクトルの平均誤差を求めた。つまり、図4は、ある経過時間(1〜3600sec)における24個の推定基線ベクトルから、X,Y,Z各軸方向の平均誤差を示したものである。正しい電離層誤差は未知であるため、図5に示す電離層を推定しない場合に得られる基線精度との比較により効果確認を行った。 The method according to the first embodiment of the present invention is implemented on a PC, and the effect is confirmed by post-processing using data recorded in an environment of about 35 km in base line length for about 24 hours from 10:00 on July 20, 2004. did. Reset the Kalman filter on the program 24 times every 3600 seconds. Since the Kalman filter is in a state where estimation has been started by resetting, the estimation result using the Kalman filter is obtained 24 times an hour with different satellite arrangements. The average error of 24 estimated baseline vectors was calculated for each elapsed time. That is, FIG. 4 shows average errors in the X, Y, and Z axis directions from 24 estimated baseline vectors in a certain elapsed time (1 to 3600 sec). Since the correct ionospheric error is unknown, the effect was confirmed by comparison with the baseline accuracy obtained when the ionosphere shown in FIG. 5 is not estimated.

図示するように、電離層推定を行わない図5ではいつまで経っても推定基線ベクトル平均誤差が収束しないのに対し、本発明を用いて電離層推定を行った図4では約1000secを経過した頃から徐々に推定基線ベクトル平均誤差がゼロに収束することが確認できた。 As shown in the figure, the estimated baseline vector average error does not converge in any time in FIG. 5 where ionosphere estimation is not performed, whereas in FIG. 4 in which ionosphere estimation is performed using the present invention, gradually after about 1000 sec. It was confirmed that the estimated baseline vector average error converged to zero.

以上のように、本発明の実施の形態1によるキャリア位相相対測位装置によれば、位相差観測量から基線ベクトルと電離層遅延量の時間更新を生成し、該生成した時間更新、前記位相差観測量、及び前記衛星情報を用いて、基準周波数に対する整数バイアス、ワイドレーン信号に対する整数バイアス、基線ベクトル、及び電離層遅延を推定することにより、電離層遅延誤差の影響を除去した整数バイアス及び基線ベクトルを求めることができる。これにより、長基線の場合であっても電離層遅延量の影響を除去した測位演算を行うことができ、測位精度の向上に寄与する。 As described above, according to the carrier phase relative positioning apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, time updates of the baseline vector and the ionospheric delay amount are generated from the phase difference observation amount, and the generated time update and the phase difference observation are performed. Quantities and the satellite information are used to estimate integer biases and baseline vectors that eliminate the effects of ionospheric delay errors by estimating integer biases for reference frequencies, integer biases for wide lane signals, baseline vectors, and ionosphere delays. be able to. Thereby, even in the case of a long baseline, positioning calculation can be performed without the influence of the ionospheric delay amount, which contributes to improvement of positioning accuracy.

また、基準周波数に対する整数バイアス決定後も電離層遅延量の推定を継続して行い、観測量に対して電離層遅延量を補正することにより、測位精度をさらに向上させることも可能である。 In addition, it is possible to further improve the positioning accuracy by continuously estimating the ionospheric delay amount after determining the integer bias with respect to the reference frequency and correcting the ionospheric delay amount with respect to the observed amount.

(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2によるキャリア位相相対測位装置について説明する。なお、本発明の実施の形態2によるキャリア位相相対測位装置は、図2で示した測位演算部32の処理内容が前記実施の形態1によるキャリア位相相対測位装置と異なるものである。そのため、以下の説明では測位演算部32が行う処理について説明し、他の構成要素についての説明は省略する。
(Embodiment 2)
Next, a carrier phase relative positioning apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described. The carrier phase relative positioning device according to the second embodiment of the present invention is different from the carrier phase relative positioning device according to the first embodiment in the processing contents of the positioning calculation unit 32 shown in FIG. Therefore, in the following description, the process which the positioning calculating part 32 performs is demonstrated, and the description about another component is abbreviate | omitted.

図6は、本発明の実施の形態2によるキャリア位相相対測位装置の測位演算部32が行う処理内容の一例を示すフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart showing an example of processing contents performed by the positioning calculation unit 32 of the carrier phase relative positioning device according to Embodiment 2 of the present invention.

ワイドレーン信号の波長は約0.86mであり、L1波の波長0.19mやL2波の波長0.24mに比べて長い。そのため、WLバイアスは、L1帯バイアスやL2帯バイアスに比べて比較的容易に得ることができる。そこで、本発明の実施の形態2によるキャリア位相相対測位装置では、先ず、WLバイアスの整数バイアスを決定した後、これを既知情報として電離層遅延量の影響を除去したL1帯バイアス及び基線ベクトルを求める。 The wavelength of the wide lane signal is about 0.86 m, which is longer than the L1 wave wavelength of 0.19 m and the L2 wave wavelength of 0.24 m. Therefore, the WL bias can be obtained relatively easily as compared with the L1 band bias and the L2 band bias. Therefore, in the carrier phase relative positioning apparatus according to the second embodiment of the present invention, first, the integer bias of the WL bias is determined, and this is used as known information to determine the L1 band bias and the baseline vector from which the influence of the ionospheric delay is removed. .

(S201)先ず、ステップS201として、WLバイアスのフロート解を推定する。この推定方法としては、例えば公知のメルボルン・ビュベナ線形結合を用いた技法やカルマンフィルタを用いた技法が考えられる。 (S201) First, in step S201, a float solution of WL bias is estimated. As this estimation method, for example, a technique using a well-known Melbourne-Bubena linear combination or a technique using a Kalman filter can be considered.

ここで、メルボルン・ビュベナ線形結合を用いた技法とは、自受信機観測量の擬似距離P及び積算搬送波位相(以下、ADRとする。)Ψを表す(1)式〜(4)式よりWLバイアスを求める技法である。具体的には、前述の(1)式〜(4)式の(ρ +Tik)を1個の未知数とみなし、2つの(3)式、(4)式から2つの未知数(ρ +TikとI )を求める。その後、その解を(1)式、(2)式に代入してn 1k、n 2kを求め、n 1k−n 2kからWLバイアスを求める技法である。なお、(3)式、(4)式で表される擬似距離Pは大きな誤差を含むため、この技法は、一般的に波長の長いWLバイアスの算出に用いられる。波長の短いL1波、L2波のバイアス決定に用いることは実用的ではない。 Here, the technique using the Melbourne-Bubena linear combination means that the pseudo-range P of the own receiver observation amount and the accumulated carrier phase (hereinafter referred to as ADR) Ψ are expressed by WL from Formulas (1) to (4). It is a technique for finding a bias. Specifically, (ρ i k + T ik ) in the above-described formulas (1) to (4) is regarded as one unknown, and two unknowns (ρ i ) from the two formulas (3) and (4). k + T ik and I i k) seek. Thereafter, the solution is substituted into the equations (1) and (2) to obtain n i 1k and n i 2k, and the WL bias is obtained from n i 1k −n i 2k . Since the pseudo distance P expressed by the equations (3) and (4) includes a large error, this technique is generally used for calculating a WL bias having a long wavelength. It is not practical to use the bias determination of the short wavelength L1 wave and L2 wave.

(S202)次に、推定されたWLバイアスのフロート解は、例えば、LAMBDA法等の公知の技法を用いて整数化される。 (S202) Next, the estimated WL bias float solution is converted to an integer using a known technique such as the LAMBDA method.

(S203)ステップS203は、ステップS202で得られたWLバイアスが正しいかどうかを検定する処理である。整数バイアスの検定に失敗した場合には、再度、WLバイアスのフロート解の算出(ステップS201)、整数化処理(S202)を行う。一方、整数バイアスの検定をパスした場合には、L1帯バイアス及び基線ベクトルの推定処理に移行する。なお、ここで得られるWLバイアスは波長が長いため電離層遅延による誤差の影響を受けにくい。 (S203) Step S203 is a process for examining whether or not the WL bias obtained in step S202 is correct. When the integer bias test fails, the calculation of the WL bias float solution is performed again (step S201), and the integer processing (S202) is performed. On the other hand, if the integer bias test is passed, the process proceeds to the L1 band bias and baseline vector estimation processing. Since the WL bias obtained here has a long wavelength, it is less susceptible to errors due to ionospheric delay.

(S204)次に、S204として、GPS受信機201から与えられた衛星情報、位相差演算部31から与えられた位相差観測量、及び前記位相差観測量から生成した基線ベクトルと電離層遅延量の時間更新から、例えばカルマンフィルタを用いてL1帯バイアス、基線ベクトル、及び電離層遅延量の推定を行う。 (S204) Next, as S204, the satellite information given from the GPS receiver 201, the phase difference observation amount given from the phase difference calculation unit 31, and the baseline vector and ionosphere delay amount generated from the phase difference observation amount From the time update, the L1 band bias, the baseline vector, and the ionospheric delay amount are estimated using, for example, a Kalman filter.

(S205)次に、推定されたL1帯バイアスのフロート解は、LAMBDA法等の公知の技法を用いて整数化される。 (S205) Next, the estimated L1 band bias float solution is converted to an integer using a known technique such as the LAMBDA method.

(S206)ステップS206は、ステップS102で得られたL1帯バイアスが正しいかどうかを検定する処理である。整数バイアスの検定に失敗した場合には、再度、L1帯バイアスのフロート解の算出(ステップS204)、整数化処理(S205)を行う。一方、整数バイアスの検定をパスした場合には、基線ベクトルの推定処理に移行する。これにより、電離層遅延量の影響を除去したL1帯バイアスを得ることができる。 (S206) Step S206 is a process for examining whether or not the L1 band bias obtained in step S102 is correct. If the integer bias test fails, the calculation of the float solution for the L1 band bias is again performed (step S204) and the integer processing (S205) is performed. On the other hand, if the integer bias test is passed, the process proceeds to a baseline vector estimation process. Thereby, it is possible to obtain the L1 band bias from which the influence of the ionospheric delay amount is removed.

(S207)ステップS207では、決定されたL1帯バイアス及びWLバイアスに基づいて、基線ベクトルを算出する。これにより、電離層遅延量の影響を除去した基線ベクトルを得ることができる。
(S208)得られた基線ベクトルを用いて、相対測位を行う。
(S207) In step S207, a baseline vector is calculated based on the determined L1 band bias and WL bias. Thereby, a baseline vector from which the influence of the ionospheric delay amount is removed can be obtained.
(S208) Relative positioning is performed using the obtained baseline vector.

次に、ステップS204で説明したL1帯バイアスのフロート解の推定処理について、カルマンフィルタを用いる場合を例にとってさらに詳細に説明する。 Next, the estimation process of the L1 band bias float solution described in step S204 will be described in more detail using a case where a Kalman filter is used as an example.

(観測方程式)
WLバイアス決定後のL1ADRの二重位相差とWLADRの二重位相差に対する観測方程式は次式(15)のように表される。

Figure 2007127579
(Observation equation)
The observation equation for the L1ADR double phase difference and the WLADR double phase difference after the WL bias is determined is expressed by the following equation (15).
Figure 2007127579

ここで、ステートベクトルを[b, ∇ΔN, −∇ΔIon1]とおくと観測方程式(15)は、次式(16)のように表すことができる。なお、次式からもわかるように、本発明の実施の形態1による整数バイアスのフロート解の推定処理では、マルチパスなどの影響によって位相観測量に比べて大きな誤差を持つ擬似距離観測量を使用していない。そのため、フロート解の推定処理に擬似距離観測量を用いる場合に比べて、ステートベクトルの推定結果の精度を向上させることができる。

Figure 2007127579
Here, if the state vector is [b, ∇ΔN 1 , −∇ΔIon1] T , the observation equation (15) can be expressed as the following equation (16). As can be seen from the following equation, the integer bias float solution estimation process according to Embodiment 1 of the present invention uses a pseudorange observable having a larger error than the phase observable due to the influence of multipath or the like. Not done. Therefore, the accuracy of the state vector estimation result can be improved as compared with the case where the pseudo-range observation amount is used for the float solution estimation process.
Figure 2007127579

(時間更新・観測更新)
時間更新及び観測更新は、前記実施の形態1で説明したものと同じであるため、ここでは説明を省略する。
(Time update / Observation update)
Since the time update and the observation update are the same as those described in the first embodiment, description thereof is omitted here.

(整数バイアスのフロート解推定処理)
測位演算部32は、位相差観測量から生成した時間更新、及び観測更新に基づいて、(16)式のステートベクトル[b, ∇ΔN, −∇ΔIon1]をカルマンフィルタを用いて推定する。
(Integer bias float solution estimation process)
The positioning calculation unit 32 estimates the state vector [b, ∇ΔN 1 , −∇ΔIon1] T of Equation (16) using a Kalman filter based on the time update generated from the phase difference observation amount and the observation update.

その後、推定されたL1帯バイアスのフロート解は、公知のLAMBDA法等を用いて整数化され、L1帯バイアスの検定が行われる。この検定をパスすることにより、L1帯バイアスが得られる。L1帯バイアスの決定後、基線ベクトルは、例えば、前述のカルマンフィルタでの推定演算より得られる電離層遅延量、及び決定されたL1帯バイアスに基づいて、(15)式から求めることができる。 Thereafter, the estimated float solution of the L1 band bias is converted into an integer using a known LAMBDA method or the like, and the L1 band bias is tested. By passing this test, the L1 band bias is obtained. After the determination of the L1 band bias, the baseline vector can be obtained from the equation (15) based on the ionospheric delay amount obtained by the above-described Kalman filter estimation calculation and the determined L1 band bias, for example.

以上のような処理を行うことにより、(16)式のステートベクトルの推定演算時に電離層遅延量の影響を除去することができ、L1帯バイアス及び基線ベクトルをより高精度に求めることができる。
また、本発明によれば、マルチパスなどの影響によって位相観測量に比べて大きな誤差を持つ擬似距離観測量を使用せずに整数バイアスのフロート解を推定できるため、フロート解の推定処理に擬似距離観測量を用いる場合に比べて、ステートベクトルの推定結果の精度を向上させることができる。
By performing the processing as described above, it is possible to eliminate the influence of the ionospheric delay amount during the estimation calculation of the state vector of equation (16), and to obtain the L1 band bias and the baseline vector with higher accuracy.
In addition, according to the present invention, an integer bias float solution can be estimated without using a pseudorange observable having a larger error than the phase observable due to the influence of multipath or the like. Compared to the case of using the distance observation amount, the accuracy of the state vector estimation result can be improved.

次に、本発明について行ったシミュレーション結果を以下に示す。
図7は、本発明の実施の形態2によるキャリア位相相対測位装置について行ったシミュレーション結果を示す図である。なお、WLバイアスは正しい基線を元にあらかじめ計算した値を用い、その他の条件は前記実施の形態1で説明した図4及び図5のものと同じである。
Next, the results of a simulation performed on the present invention are shown below.
FIG. 7 is a diagram showing a result of a simulation performed on the carrier phase relative positioning device according to the second embodiment of the present invention. The WL bias uses a value calculated in advance based on the correct baseline, and other conditions are the same as those in FIGS. 4 and 5 described in the first embodiment.

図7に示すように、x、y、z軸何れにおいても基線ベクトルが、±0.03mの誤差範囲内で求まり、高精度に基線ベクトルを算出できることが確認できた。 As shown in FIG. 7, the baseline vector was obtained within an error range of ± 0.03 m on any of the x, y, and z axes, and it was confirmed that the baseline vector could be calculated with high accuracy.

以上のように、本発明の実施の形態2によるキャリア位相相対測位装置によれば、先ず、位相差観測量及び衛星情報からワイドレーン信号の整数バイアスを決定し、その後、決定したワイドレーン信号の整数バイアス、時間更新、位相差観測量、及び衛星情報を用いて、基準周波数に対する整数バイアス、基線ベクトル、及び電離層遅延を推定することにより、電離層遅延誤差の影響を除去して整数バイアス及び基線ベクトルを求めることができる。これにより、長基線の場合であっても電離層遅延量の影響を除去した測位演算を行うことができ、測位精度の向上に寄与する。 As described above, according to the carrier phase relative positioning apparatus according to Embodiment 2 of the present invention, first, the integer bias of the wide lane signal is determined from the phase difference observation amount and the satellite information, and then the determined wide lane signal By using integer bias, time update, phase difference observables, and satellite information to estimate integer bias, baseline vector, and ionospheric delay relative to the reference frequency, the effect of ionospheric delay error is removed and integer bias and baseline vector are estimated. Can be requested. Thereby, even in the case of a long baseline, positioning calculation can be performed without the influence of the ionospheric delay amount, which contributes to improvement of positioning accuracy.

また、基準周波数に対する整数バイアス決定後も電離層遅延量の推定を継続して行い、観測量に対して電離層遅延量を補正することにより、測位精度をさらに向上させることも可能である。 In addition, it is possible to further improve the positioning accuracy by continuously estimating the ionospheric delay amount after determining the integer bias with respect to the reference frequency and correcting the ionospheric delay amount with respect to the observed amount.

なお、前述した実施形態1、2は最良の実施形態の一例であって、本発明の要旨を損なわない範囲で種々の変更が可能であり、本発明は前述した実施形態に限定されるものではない。 The first and second embodiments described above are examples of the best embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. The present invention is not limited to the above-described embodiments. Absent.

本実施形態にかかる測位環境を示す概略図Schematic showing the positioning environment according to this embodiment 本発明の実施の形態1によるキャリア位相相対測位装置の構成の一例を示すブロック図1 is a block diagram showing an example of the configuration of a carrier phase relative positioning device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1によるキャリア位相相対測位装置の測位演算部が行う処理内容の一例を示すフローチャートThe flowchart which shows an example of the processing content which the positioning calculating part of the carrier phase relative positioning apparatus by Embodiment 1 of this invention performs. 本発明の実施の形態1による技法を用いて電離層推定を行った場合のシミュレーション結果を示す図The figure which shows the simulation result at the time of performing an ionosphere estimation using the technique by Embodiment 1 of this invention 図4と同一条件で電離層推定を行わない場合に得られたシミュレーション結果を示す図The figure which shows the simulation result obtained when not performing ionosphere estimation on the same conditions as FIG. 本発明の実施の形態2によるキャリア位相相対測位装置の測位演算部が行う処理内容の一例を示すフローチャートThe flowchart which shows an example of the processing content which the positioning calculating part of the carrier phase relative positioning apparatus by Embodiment 2 of this invention performs. 本発明の実施の形態2による技法を用いて電離層推定を行った場合のシミュレーション結果を示す図The figure which shows the simulation result at the time of performing an ionosphere estimation using the technique by Embodiment 2 of this invention

符号の説明Explanation of symbols

100、101 GPSアンテナ
201 GPS受信機
301 相対測位演算処理部
31 位相差演算部
32 測位演算部
sat1〜satN 測位用衛星
100, 101 GPS antenna 201 GPS receiver 301 Relative positioning calculation processing section 31 Phase difference calculation section 32 Positioning calculation sections sat1 to satN Positioning satellite

Claims (4)

少なくとも1つが移動体上に固定され、測位用衛星から送信される複数の周波数の電波を受信する複数のアンテナと、
前記複数のアンテナで受信した測位用信号からキャリア位相とともに、測位用信号に重畳された衛星情報を得る受信機と、
前記キャリア位相から1つの基準周波数の電波に対する位相差観測量、及び1つの基準周波数の電波に対して異なる周波数の電波を差分合成してなるワイドレーン信号の位相差観測量を少なくとも算出する位相差演算部と、
前記位相差観測量及び前記衛星情報から整数バイアス及び基線ベクトルを求め、得られた基線ベクトルに基づいて測位演算を行う測位演算部とを備え、
前記測位演算部は、基準周波数に対する整数バイアス、基線ベクトル、及び電離層遅延量の推定演算に、1つの基準周波数の電波に対する位相差観測量と、ワイドレーン信号の位相差観測量と、前記位相差観測量から得られる単位時間当たりの電離層誤差の変化量より生成した基線ベクトル及び電離層遅延量の時間更新と、を少なくとも用いることを特徴とするキャリア位相相対測位装置。
A plurality of antennas for receiving radio waves of a plurality of frequencies transmitted from a positioning satellite, at least one of which is fixed on the moving body;
A receiver for obtaining satellite information superimposed on a positioning signal together with a carrier phase from positioning signals received by the plurality of antennas;
A phase difference for calculating at least a phase difference observation amount for a radio wave of one reference frequency from the carrier phase and a phase difference observation amount of a wide lane signal obtained by differential synthesis of a radio wave of a different frequency with respect to a radio wave of one reference frequency. An arithmetic unit;
An integer bias and a baseline vector are obtained from the phase difference observation amount and the satellite information, and a positioning calculation unit that performs positioning calculation based on the obtained baseline vector,
The positioning calculation unit is configured to estimate an integer bias, a baseline vector, and an ionosphere delay amount with respect to a reference frequency, a phase difference observation amount for a radio wave of one reference frequency, a phase difference observation amount of a wide lane signal, and the phase difference. A carrier phase relative positioning apparatus characterized by using at least a baseline vector generated from a change amount of ionospheric error per unit time obtained from an observation amount and time update of ionosphere delay amount.
少なくとも1つが移動体上に固定され、測位用衛星から送信される複数の周波数の電波を受信する複数のアンテナと、
前記複数のアンテナで受信した測位用信号からキャリア位相とともに、測位用信号に重畳された衛星情報を得る受信機と、
前記キャリア位相から1つの基準周波数の電波に対する位相差観測量、及び1つの基準周波数の電波に対して異なる周波数の電波を差分合成してなるワイドレーン信号の位相差観測量を少なくとも算出する位相差演算部と、
前記位相差観測量及び前記衛星情報から整数バイアス及び基線ベクトルを求め、得られた基線ベクトルに基づいて測位演算を行う測位演算部とを備え、
前記測位演算部は、基準周波数に対する整数バイアス、基線ベクトル、及び電離層遅延量の推定演算に、ワイドレーン信号の位相差観測量と前記衛星情報を用いて予め決定したワイドレーン信号の整数バイアスと、1つの基準周波数の電波に対する位相差観測量と、ワイドレーン信号の位相差観測量と、前記位相差観測量から得られる単位時間当たりの電離層誤差の変化量より生成した基線ベクトル及び電離層遅延量の時間更新と、を少なくとも用いることを特徴とするキャリア位相相対測位装置。
A plurality of antennas for receiving radio waves of a plurality of frequencies transmitted from a positioning satellite, at least one of which is fixed on the moving body;
A receiver for obtaining satellite information superimposed on a positioning signal together with a carrier phase from positioning signals received by the plurality of antennas;
A phase difference for calculating at least a phase difference observation amount for a radio wave of one reference frequency from the carrier phase and a phase difference observation amount of a wide lane signal obtained by differential synthesis of a radio wave of a different frequency with respect to a radio wave of one reference frequency. An arithmetic unit;
An integer bias and a baseline vector are obtained from the phase difference observation amount and the satellite information, and a positioning calculation unit that performs positioning calculation based on the obtained baseline vector,
The positioning calculation unit is configured to estimate an integer bias with respect to a reference frequency, a baseline vector, and an ionospheric delay amount, and an integer bias of a wide lane signal determined in advance using the phase difference observation amount of the wide lane signal and the satellite information; The baseline vector and ionosphere delay amount generated from the phase difference observation amount for the radio wave of one reference frequency, the phase difference observation amount of the wide lane signal, and the change amount of the ionospheric error per unit time obtained from the phase difference observation amount. A carrier phase relative positioning device using at least time update.
請求項2に記載のキャリア位相相対測位装置において、
前記測位演算部は、ワイドレーン信号の整数バイアスの決定にメルボルン・ビュベナ線形結合式を用いることを特徴とするキャリア位相相対測位装置。
In the carrier phase relative positioning device according to claim 2,
The positioning operation unit uses a Melbourne-Bubena linear combination formula to determine an integer bias of a wide lane signal.
請求項1又は請求項2に記載のキャリア位相相対測位装置において、
前記測位演算部による推定演算を、カルマンフィルタを用いて行うことを特徴とするキャリア位相相対測位装置。
In the carrier phase relative positioning device according to claim 1 or 2,
A carrier phase relative positioning device, wherein the estimation calculation by the positioning calculation unit is performed using a Kalman filter.
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