JP2007187597A - 測位システムおよび端末 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳ測位において、個々の衛星が配信する補正情報の量を増やさずに、端末での補正の精度を向上させること。
【解決手段】本発明に係るＧＰＳ補正情報配信システム１００では、複数の補完衛星５１〜５３から端末６０に、地理的あるいは時間的に補完関係を有する補正情報を配信する。これにより、個々の補完衛星が配信する補正情報の量を増やさずに、端末６０におけるＧＰＳ測位の補正の精度を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用した測位の補正に係るシステムおよび端末に関する。

近年、ＧＰＳによる測位の技術が、車両、携帯電話、船舶、航空機などの様々な分野で多く使用されている。ＧＰＳとは、移動体などに備えられた測位装置が、複数のＧＰＳ衛星から電波を受信し、各ＧＰＳ衛星と測位装置との距離を算出することで、自己の地球上の位置（緯度、経度および高度）を割り出すシステムである。

しかし、ＧＰＳによる測位には、誤差が生じうる。通常のＧＰＳ測位では、精度は約１０ｍほどである。誤差が生じる原因としては、たとえば、電離層による電波の伝搬遅延、ＧＰＳ衛星や測位装置に備えられた時計の誤差などが挙げられる。
そこで、ＧＰＳ測位の精度を向上させるために、様々な工夫がなされてきている。たとえば、ＳＢＡＳ（Satellite-Based Augmentation System：静止衛星型衛星航法補強システム）では、静止衛星（運輸多目的衛星「ひまわり６号」など）から測位装置に、ＧＰＳ測位の誤差を減らすための補正情報を配信することで、精度を約３ｍまで高めている。

また、地上の基地局がＧＰＳによって得られた位置と実際の位置のずれをＦＭ（Frequency Modulation）電波などにより補正情報として測位装置に送信する、いわゆるＤＧＰＳ（Differential ＧＰＳ）でも、１〜５ｍ程度の精度を実現している（特許文献１参照）。
特開２００４−１８４３８０号公報

しかしながら、ＳＢＡＳでは、静止衛星の搬送波に対する補正情報の変調速度が250bps（bits per second）であるため、補正情報の量をあまり多くできないという問題があった。また、補正情報の変調速度を上げれば補正情報の量を増やすことができるが、そのためには衛星において電源などの設備を大型化しなければならず、さらに、他の衛星と電波干渉を生じてしまう可能性もあり、実現が困難であった。
また、特許文献１の技術では、ＧＰＳ衛星が発する電波とＦＭ電波は周波数帯が異なるため、測位装置側に複数の受信装置が必要となり、装置が複雑化し、また、コストもかかってしまうという問題があった。

そこで、本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、ＧＰＳ測位において、個々の衛星が配信する補正情報の量を増やさず、また、測位装置側の受信装置は１つのままで、精度の向上を図ることを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る測位システムは、位置を算出するための測位情報を所定の周波数帯の電波として地上に向けて送信する第１の衛星と、前記位置の算出の際に用いられる補正情報を前記所定の周波数帯の電波と同様の周波数帯の電波として地上に向けて送信する第２の衛星と、前記補正情報を前記第２の衛星に送信する情報処理装置と、を含んで構成され、前記送信された測位情報及び補正情報を受信した端末が、この受信した測位情報及び補正情報を用いて自身の位置を算出するようにした測位システムであって、前記第２の衛星は、２機以上あり、前記補正情報は、所定のエリア内における各地点ごとに異なる情報であり、前記情報処理装置は、前記２機以上の第２の衛星のそれぞれに対して、前記各地点ごとに異なった補正情報を割り振って送信するように構成され、前記第２の衛星は、前記割り振られて送信された補正情報を受信すると、この受信した補正情報を地上に向けて送信するよう構成され、前記端末は、前記第２の衛星から受信した補正情報のうち、自身に近い地点における１以上の補正情報を用いて測位を行う。その他の手段は後記する。

本発明によれば、ＧＰＳ測位において、個々の衛星が配信する補正情報の量を増やさず、また、測位装置側の受信装置は１つのままで、精度の向上を図ることができる。

本発明の実施形態に係るＧＰＳ補正情報配信システム（測位システム）について、適宜図面を参照しながら説明する。
図１は、ＧＰＳ補正情報配信システムの全体構成を示した図である。ＧＰＳ補正情報配信システム１００は、複数の電子基準点１０、通信ネットワーク２０、情報センタ３０、ＧＰＳ衛星（第１の衛星）４１〜４４、補完衛星（第２の衛星）５１〜５３および端末６０から構成される。

電子基準点１０は、ＧＰＳ衛星４１〜４４あるいは補完衛星５１〜５３が発信する電波（測位情報）を受信し、自身の地点の位置を観測するための施設であり、特に図示しないが、アンテナ、受信機、通信機器などを備えて構成される。電子基準点１０は、たとえば、国土地理院が管理するものであれば、全国各地の約1200ヶ所に設置されている。電子基準点１０で得られた観測データは、通信ネットワーク２０を介して情報センタ３０に送信される。

情報センタ３０は、電子基準点１０からの観測データを収集し、補完衛星５１〜５３に補正情報などを送信するための施設である。情報センタ３０には、情報処理装置３７が備えられている。情報処理装置３７は、電子基準点１０からの観測データを基にＧＰＳ測位の補正情報を作成し、補完衛星５１〜５３に送信するコンピュータ装置であり、通信部３１、処理部３２、記憶部３３、入力部３４、表示部３５およびアップリンク部３６を備えて構成される。
なお、電子基準点１０と情報センタ３０の間に、国土地理院や社団法人日本測量協会などのコンピュータ装置などが介在していてもよい。

通信部３１は、通信装置であり、電子基準点１０からの観測データを受信し、処理部３２に受け渡す。
処理部３２は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、電子基準点１０から得た観測データなどに基づいてＧＰＳ測位の補正情報を作成するなど各種演算処理を行う。

補正情報としては、それぞれの電子基準点１０における電離層伝搬誤差や対流圏伝搬誤差、あるいは、軌道情報の誤差やＧＰＳ衛星４１〜４４の時計の誤差などが挙げられる。また、補正情報は、それらの誤差情報ではなく、それらの誤差情報に基づいて算出された、それぞれの電子基準点１０におけるＧＰＳ測位による位置と実際の位置のずれに関する情報（緯度・経度情報など）であってもよい。

記憶部３３は、たとえば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ハードディスクなどの記憶装置であり、電子基準点１０から得た観測データ、ＧＰＳ測位の補正情報、処理部３２の動作プログラムなどを記憶する。
入力部３４は、情報処理装置３７の操作者がデータの入力を行うものであり、たとえば、キーボードやマウスなどである。

表示部３５は、電子基準点１０から得た観測データ、ＧＰＳ測位の補正情報などを表示するものであり、たとえば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）である。
アップリンク部３６は、処理部３２が作成した測位情報（補完衛星５１〜５３の軌道情報など）や補正情報を補完衛星５１〜５３に送信する装置である。

ＧＰＳ衛星４１〜４４は、米国国防省が管理する人工衛星で、地上約２万ｋｍの高さを周回しており、地上に向けて測位情報（ＧＰＳ衛星４１〜４４の軌道情報や時刻情報など）を定期的に配信する。なお、地球上空を周回しているＧＰＳ衛星は、実際には２４個であるが、ここでは、代表して４個を図示している。

補完衛星５１〜５３は、端末６０がＧＰＳ衛星４１〜４４の発する測位情報に基づいてＧＰＳ測位を行うときの補正情報を情報センタ３０から受信し、必要に応じて内部で記憶しながら、その補正情報を地上に向けて配信する衛星である。
補完衛星５１〜５３としては、たとえば、運輸多目的衛星（ひまわり６号など）、準天頂衛星などが挙げられる。ここで、準天頂衛星とは、ＧＰＳ衛星以外で、日本から見て高仰角に長い時間滞空して見える衛星（長楕円軌道衛星、８の字軌道衛星を含む）全般のことをいう。

補完衛星５１〜５３がその補正情報を配信するときの電波の周波数帯は、ＧＰＳ衛星４１〜４４が発する電波の周波数帯と略同様となっている。具体的には、たとえば、補完衛星５１〜５３は、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access：符号分割多重接続）の技術により、ＧＰＳ衛星４１〜４４が発する電波の周波数帯と略同様の周波数帯で、それぞれ異なるＰＮ（Pseudo Noise）コードを使用して、補正情報のスペクトラム拡散を行い、約1.5ギガHzの搬送波に対してその補正情報を250bpsで変調し、地上に向けて配信する。これにより、端末６０は、ＧＰＳ衛星４１〜４４、補完衛星５１〜５３のうちの複数からの電波を同時に受信しても、所定のＰＮコードによるスペクトラム逆拡散を行うことにより、それぞれの測位情報や補正情報を解読することができる。

また、補完衛星５１〜５３は、ＧＰＳ衛星４１〜４４と同様に測位情報（補完衛星５１〜５３の軌道情報や時刻情報など）を配信するようにしてもよい。その場合、補完衛星５１〜５３は、測位情報と補正情報を、ＣＤＭＡの技術の他に、ＴＤＭ（Time Division Multiplexing：時分割多重）などを用い、搬送波に重畳して地上に配信することができる。

端末６０は、たとえば、カーナビに使用される車載端末、あるいは、携帯電話などであり、受信部６１、処理部６２、記憶部６３、入力部６４および表示部６５を備えて構成される。
受信部６１は、ＧＰＳ衛星４１〜４４や補完衛星５１〜５３が発する測位情報や補正情報を受信する受信装置である。

処理部６２は、受信部６１から受け渡された測位情報や補正情報などを演算処理するものであり、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。
記憶部６３は、たとえば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ハードディスクなどの記憶装置であり、測位情報や補正情報などを記憶する。

入力部６４は、端末６０の操作者がデータの入力を行うものであり、たとえば、ボタンである。
表示部６５は、ＧＰＳ測位の結果などを表示するものであり、たとえば、液晶表示機である。

以下、図２および図３を参照しながら、複数の補完衛星が配信するそれぞれの補正情報が地理的な補完関係にある場合における各装置の処理について説明する（適宜図１参照）。図２（ａ）は、情報センタのデータ処理の流れを示すフローチャートである。
情報センタ３０の通信部３１は、複数の電子基準点１０からデータを収集する、すなわち、定期的に、電子基準点１０から通信ネットワーク２０を介して観測データを受信し、処理部３２に受け渡す（ステップＳ２１）。

続いて、処理部３２は、データ解析を行う、すなわち、それぞれの電子基準点１０に関する補正情報を生成する（ステップＳ２２）。この補正情報は、たとえば、電離層や対流圏による電波の遅延時間などに基づいて、ＧＰＳ衛星４１〜４４からの電波により算出した位置と実際の位置のずれを示すものであればよい。

次に、処理部３２は、補正点（補正情報を使用する電子基準点１０）を３種類に分類する（ステップＳ２３）。その場合、補正点をある程度間引いて（減らして）から、３種類に分類するようにしてもよい。たとえば、国土地理院が管理する電子基準点１０は全国に約1200ヶ所あるが、以下では、そのうち２５箇所を例にとって説明する。

図２（ｂ）における、縦線と横線の各交点が、補正点（エリア内における各地点）であるとする。その場合、ステップＳ２３で行う、補正点を３種類に分類するというのは、図２（ｃ）に示すように、補正点を○（補正情報１）、△（補正情報２）、□（補正情報３）の３種類に分けるということである。このように補正点を３種類に分けることで、補正情報の量も３分割されて１／３ずつになる。なお、補正点は、説明の便宜上、図２（ｂ）に示すように整然とした格子状の配置となっているが、他の配置でもよいことは言うまでもない。

続いて、処理部３２は、アップリンク部３６を介して、補正情報１を補完衛星５１にアップリンクし（ステップＳ２４）、補正情報２を補完衛星５２にアップリンクし（ステップＳ２５）、補正情報３を補完衛星５３にアップリンクする（ステップＳ２６）。
そして、補完衛星５１は補正情報１を、補完衛星５２は補正情報２を、補完衛星５３は補正情報３を、地上に向けて配信する。つまり、情報センタ３０は、各地点ごとに異なった補正情報を地点が重ならないように３種類に分けて３つの衛星に割り振って送信し、補完衛星５１〜５３は、これらを地上に向けて配信する。

このように、補正情報を分割して複数の補完衛星５１〜５３にアップリンクすることで、それぞれの補完衛星が地上に配信する補正情報の量は少なくて済み、補完衛星５１〜５３は、搬送波に対する補正情報の変調速度が250bps程度であっても、充分に対応できる。

図３（ａ）は、端末のデータ処理の流れを示すフローチャートである。
まず、端末６０の処理部６２は、受信部６１を介して、補完衛星５１からの電波を捕捉できたか否かを判断し（ステップＳ３０１）、捕捉できなかった場合（Ｎｏ）はステップＳ３０３に進み、捕捉できた場合（Ｙｅｓ）は補正情報１（前記した３種類の補正情報のうち、補完衛星５１に割り振ったもの）を取得する（ステップＳ３０２）。
処理部６２は、ステップＳ３０２で補正情報１を取得した場合、図３（ｂ）の○の補正点の補正情報を取得したことになる。

同様にして、処理部６２は、受信部６１を介して、補完衛星５２からの電波を捕捉できたか否かを判断し（ステップＳ３０３）、捕捉できなかった場合（Ｎｏ）はステップＳ３０５に進み、捕捉できた場合（Ｙｅｓ）は補正情報２（前記した３種類の補正情報のうち、補完衛星５２に割り振ったもの）を取得する（ステップＳ３０４）。
処理部６２は、ステップＳ３０４で補正情報２を取得した場合、図３（ｃ）の△の補正点の補正情報を取得したことになる。

同様にして、処理部６２は、受信部６１を介して、補完衛星５３からの電波を捕捉できたか否かを判断し（ステップＳ３０５）、捕捉できなかった場合（Ｎｏ）はステップＳ３０７に進み、捕捉できた場合（Ｙｅｓ）は補正情報３（前記した３種類の補正情報のうち、補完衛星５３に割り振ったもの）を取得する（ステップＳ３０６）。
処理部６２は、ステップＳ３０６で補正情報３を取得した場合、図３（ｄ）の□の補正点の補正情報を取得したことになる。

次に、処理部６２は、ＧＰＳを使用して測位を実施する、すなわち、ＧＰＳ衛星４１〜４４からの測位情報を、受信部６１を介して受信し、演算を行うことで自己の位置を算出する（ステップＳ３０７）。
なお、処理部６２によるこのステップＳ３０７における測位は、ＧＰＳ衛星４１〜４４からの測位情報を使用するものに限定する必要はなく、ＧＰＳ衛星４１〜４４および補完衛星５１〜５３のうち、少なくとも３機以上から受信したそれぞれの測位情報に基づいて行われればよい。

続いて、処理部６２は、取得した２５個の補正情報のうち、ステップＳ３０７で算出した自己の位置に最も近い地点（補正点）の補正情報を選択する（ステップＳ３０８）。たとえば、図３（ｅ）に示すように、算出した自己の位置が符号３２１の地点であったとすると、最も近い補正点として符号３２０の地点を選択する。

次に、処理部６２は、ステップＳ３０８で選択した補正情報により測位データ（算出した自己の位置）を補正することで（ステップＳ３０９）、高精度の測位データを取得する（ステップＳ３１０）。つまり、端末６０は、ＧＰＳ衛星４１〜４４からの測位情報と補完衛星５１〜５３からの補正情報を用いて、自身の位置を算出する。そして、この際の補正情報は、端末６０に近い地点における１以上の補正情報である。

このように、補正情報を地理的に３つに分割し、３つの補完衛星５１〜５３から別々に補正情報を地上に配信することによって、端末６０は、より近い電子基準点１０に関する補正情報を取得することができる可能性が高くなり、高精度の測位を実施することができる。
また、ＧＰＳ衛星４１〜４４および補完衛星５１〜５３は、すべて同様の周波数帯の電波を送信するため、端末６０の受信部６１（受信装置）は１つで済む。

なお、ステップＳ３０８、Ｓ３０９では、算出した自己の位置に最も近い補正点の補正情報のみに基づいて補正を行うものとしたが、その他に、最も近い補正点を含む複数の補正点の補正情報を用いて、算出した自己の位置からの距離による加重平均をとるなどして補正情報を使用し、測位データを補正するようにしてもよい。

続いて、図４を参照しながら、複数の補完衛星が配信するそれぞれの補正情報が時間的な補完関係にある場合における各装置の処理について説明する（適宜図１参照）。図４は、端末と各補完衛星のデータ処理の流れを示すフローチャートである。なお、この場合、それぞれの補完衛星が配信する補正情報は、地理的にずらしている必要はない。

補完衛星５１は３分おきに補正情報を配信し（ステップＳ４０１、Ｓ４０７）、補完衛星５２はその１分後ずつの３分おきに補正情報を配信し（ステップＳ４０３、Ｓ４０９）、補完衛星５３はさらにその１分後ずつの３分おきに補正情報を配信する（ステップＳ４０５、Ｓ４１１）。

そうすると、端末６０は、補完衛星５１〜５３から１分おきに補正情報を受信することができる（ステップＳ４０２、Ｓ４０４、Ｓ４０６、Ｓ４０８、Ｓ４１０、Ｓ４１２）。
このように、複数の補完衛星５１〜５３が補正情報を配信するタイミングをずらすことで、端末６０は、個々の補完衛星による補正情報の配信間隔よりも短い時間間隔で補正情報を取得することができ、その補正情報に基づいて測位データを補正するので、高精度のＧＰＳ測位を実現することができる。

すなわち、情報センタ３０は、補正情報の更新があるとその更新ごとに送信する補完衛星を変えて補正情報を送信し、補完衛星５１〜５３は、受信した補正情報を地上に向けて送信し、端末６０は、直近に受信した自身に近い地点における１以上の補正情報を用いて測位を行う。

このように、本実施形態のＧＰＳ補正情報配信システム１００によれば、複数の補完衛星５１〜５３が配信する補正情報に地理的あるいは時間的な補完関係を持たせることにより、個々の補完衛星が配信する補正情報の量を増やすことなく、端末６０において精度の高いＧＰＳ測位の補正を行うことができる。
また、補完衛星５１〜５３はＧＰＳ衛星４１〜４４と同様の周波数帯の電波を使用するので、端末６０では、受信装置が１つのままで精度の高いＧＰＳ測位の補正を行うことができる。

さらに、端末６０は、ビルや山に遮られるなどして、３機の補完衛星５１〜５３のすべてからの補正情報を受信できない場合でも、２機の補完衛星からの補正情報を受信できれば、それらの補正情報を用いてＧＰＳ測位の補正を行うことができる。
そうすれば、３機の補完衛星５１〜５３のすべてからの補正情報を受信した場合に比べると補正の精度が下がるが、１機の補完衛星からの補正情報を受信した場合に比べると補正の精度は高く、システムとしては有用である。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。
たとえば、補完衛星は、３機に限らず、２機以上であれば何機でもよい。また、電子基準点は、国土地理院が管理するもの以外であってもよい。その他、具体的な構成について、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

ＧＰＳ補正情報配信システムの全体構成を示した図である。 （ａ）は情報センタのデータ処理の流れを示すフローチャート、（ｂ）および（ｃ）は補正点の説明図である。 （ａ）は端末のデータ処理の流れを示すフローチャート、（ｂ）〜（ｅ）は補正点の説明図である。 端末と各補完衛星のデータ処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 電子基準点
２０ 通信ネットワーク
３０ 情報センタ
３１ 通信部
３２ 処理部
３３ 記憶部
３４ 入力部
３５ 表示部
３６ アップリンク部
３７ 情報処理装置
４１〜４４ ＧＰＳ衛星
５１〜５３ 補完衛星
６０ 端末
６１ 受信部
６２ 処理部
６３ 記憶部
６４ 入力部
６５ 表示部

Claims (6)

1. 位置を算出するための測位情報を所定の周波数帯の電波として地上に向けて送信する第１の衛星と、
   前記位置の算出の際に用いられる補正情報を前記所定の周波数帯の電波と同様の周波数帯の電波として地上に向けて送信する第２の衛星と、
   前記補正情報を前記第２の衛星に送信する情報処理装置と、を含んで構成され、
   前記送信された測位情報及び補正情報を受信した端末が、この受信した測位情報及び補正情報を用いて自身の位置を算出するようにした測位システムであって、
   前記第２の衛星は、２機以上あり、
   前記補正情報は、所定のエリア内における各地点ごとに異なる情報であり、
   前記情報処理装置は、前記２機以上の第２の衛星のそれぞれに対して、前記各地点の補正情報を割り振って送信するように構成され、
   前記第２の衛星は、前記割り振られて送信された補正情報を受信すると、この受信した補正情報を地上に向けて送信するよう構成され、
   前記端末は、前記第２の衛星から受信した補正情報のうち、自身に近い地点における１以上の補正情報を用いて測位を行うこと
   を特徴とする測位システム。
2. 前記端末は、前記第２の衛星から受信した補正情報のうち、自身に近い地点における２以上の補正情報の加重平均値に基づいて、前記測位を行うことを特徴とする請求項１に記載の測位システム。
3. 位置を算出するための測位情報を所定の周波数帯の電波として地上に向けて送信する第１の衛星と、
   前記位置の算出の際に用いられる補正情報を前記所定の周波数帯の電波と同様の周波数帯の電波として地上に向けて送信する第２の衛星と、
   前記補正情報を前記第２の衛星に送信する情報処理装置と、を含んで構成され、
   前記送信された測位情報及び補正情報を受信した端末が、この受信した測位情報及び補正情報を用いて自身の位置を算出するようにした測位システムであって、
   前記第２の衛星は、２機以上あり、
   前記補正情報は、所定のエリア内における各地点ごとに異なり、かつ所定の時間間隔で更新される情報であり、
   前記情報処理装置は、前記２機以上の第２の衛星に対して、前記更新があると更新ごとに送信する前記第２の衛星を変えて前記補正情報を送信するように構成され、
   前記第２の衛星は、前記送信された補正情報を受信すると、この受信した補正情報を地上に向けて送信するよう構成され、
   前記端末は、前記第２の衛星から受信した補正情報のうち、直近に受信した自身に近い地点における１以上の補正情報を用いて測位を行うこと
   を特徴とする測位システム。
4. 第１の衛星が所定の周波数帯の電波として地上に向けて送信した測位情報に基づいて、自己の測位を行う端末であって、
   ２機以上の第２の衛星が前記所定の周波数帯の電波と同様の周波数帯の電波として地上に向けて送信した、所定エリア内における各地点の補正情報を受信する受信部と、
   前記第２の衛星から受信した補正情報のうち、自身に近い地点における１以上の補正情報を用いて前記測位を行う処理部と、
   を備えたことを特徴とする端末。
5. 前記処理部は、前記第２の衛星から受信した補正情報のうち、自身に近い地点における２以上の補正情報の加重平均値に基づいて、前記測位を行うことを特徴とする請求項４に記載の端末。
6. 第１の衛星が所定の周波数帯の電波として地上に向けて送信した測位情報に基づいて、自己の測位を行う端末であって、
   ２機以上の第２の衛星が前記所定の周波数帯の電波と同様の周波数帯の電波として地上に向けて時間をずらして送信した、所定エリア内における各地点ごとに異なる補正情報を受信する受信部と、
   前記第２の衛星から受信した補正情報のうち、直近に受信した自身に近い地点における１以上の補正情報を用いて測位を行う処理部と、
   を備えたことを特徴とする端末。

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