JP2007518103A - ローカルrtkシステムと、地域、広域、またはグローバル搬送波位相測位システムを組み合わせて利用する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(∇Φ+N)λ=Hx+nφ (1)
ここで∇Φ=[∇φ1 ∇φ2 ・・・∇φn]Tはn個の衛星110の各々に関する差分搬送波位相測定値により形成された搬送波位相測定値ベクトルであり、N=[N1 N2 ・・・ Nn]Tは搬送波位相測定値ベクトルにおける各々の差分搬送波位相測定値に関連付けられた差分整数バイアスにより形成された整数バイアス・ベクトルであり、H=[h1 h2 ・・・ hn]Tはユーザーまたは対象物140からn個の衛星110への単位ベクトルにより形成される測定値感度行列、xはローカルRTKシステム150における基準局120からユーザーまたは対象物140への位置ベクトルを含む実数未知状態ベクトル(または実数ベクトル)、およびnφ=[nφ1 nφ2 ・・・ nφn]Tはn個の衛星110の各々に関して差分搬送波位相ノイズにより形成される測定値ノイズ・ベクトル(または位相距離残差ベクトル)である。
ここでΔΦは、整数バイアス値の組み合わせを含む候補整数バイアス・ベクトル
に対応する位相距離残差ベクトル、および
は式(1)の最小2乗解である。
または
ここで
は、従来の方法を用いて計算した差分搬送波位相ノイズnφiの標準偏差であるかσiにより形成された測定値共分散行列である。σiを計算する方法の例が、「GPS位相およびコード観測の精度、相互相関、および時間相関(Precision,Cross Correlation,and Time Correlation of GPS Phase and Code Observations)」(ピーター・ボナ(Peter Bona)、GPS Solutions、第4巻、第2号、2000年秋季、p.3〜13)、または「低コスト慣性ナビゲーション用の緊密に一体化された姿勢決定方法:2アンテナGPSおよびGPS/磁気探知器(Tightly Integrated Attitude Determination Methods for Low−Cost Inertial Navigation:Two−Antenna GPS and GPS/Magnetometer)」(Y.ヤン(Yang Y.)、カリフォルニア大学電気工学科(Electrical Enginieering、University of California)博士課程学位論文、カリフォルニア州リバーサイド(California、Riverside)、2001年6月)に掲載されており、共に本明細書に引用している。
ここで、P1およびP2は、各々L1およびL2周波数f1、f2上の、特定の測定時点における未処理擬似距離コード測定値である。LRCで表わす屈折補正された搬送波位相測定値は、同様に次式のように形成される。
ここで、L1およびL2は、各々L1およびL2信号の波長によりスケーリングされた搬送波位相測定値であり、その各々が、スケーリングされた搬送波位相測定値が、対応するコード測定値と同じ値に近くなるように加算された近似的整数周期バイアス値を含んでいる。このように、
L1=(ψ1+N1)λ1, (8)
L2=(ψ2+N2)λ2、 (9)
ここで、ψ1およびψ2は、各々同一測定時点におけるL1およびL2周波数上の未処理搬送波位相測定値であり、N1およびN2の整数周期値は、ユーザーまたは対象物140による搬送波位相の追跡の開始時点で初期化されて、対応するコード測定値の1搬送波波長の範囲内にある値を与えることにより、スケーリングされた搬送波位相測定値と対応するコード測定値の差異を小さい状態に維持する。式(7)の形式から、λが約0.1070メートル(すなわち、c/(f1+f2)であるように、屈折補正された搬送波位相測定値が、f1とf2(約2.803GHz)の合計として定義される波長λを有する整数周期バイアスを含むことに注意されたい。
ここで、i=1,2、3、...を用いて測定時点示し、ηの値はOiが浮動バイアス値のより正確な推定値になるにつれて増加する信頼度である。本発明の一実施形態において、平均化の最大値が実現されるまでηはiに等しい。例えば、搬送波位相測定値がコード測定値のノイズの1/100に過ぎないと仮定するならば、「η」の値は100の2乗すなわち10,000未満に制限される。式(9)はこのように、浮動バイアス値が所定の精度に達するまで、再帰的に計算することができる。
Si=Oi+Li (11)
これは搬送波位相測定値の精度を有するが、付随するバイアスは存在しない。
ここで、下付添字sは衛星の座標を示し、下付添字uはユーザーまたは対象物受信器の座標を示す。
ここで、L0 RCは、測定開始時点で式(7)に従い計算される屈折補正値搬送波位相測定値を表わす。
および確信度を高く(または分散を小さく)設定するように浮動バイアス値を既知として扱うことにより浮動バイアス値が解決されるステップ360を含んでいる。実際には、ステップ360は、浮動バイアス値を決定する処理において浮動バイアス値を調整すべくゲイン小さい値を用いて実現される。例えば、浮動バイアス値が、式(9)に従い屈折補正されたコード測定値と屈折補正された搬送波位相測定値との間のオフセットを平滑化することにより決定される場合、小さいゲインとは、浮動バイアス値の計算に多数のオフセット値を用いられた、すなわちη=i+(大きい数)となるように扱うことを意味する。バイアス値がカルマン・フィルタ処理で決定される場合、小さい増加は、バイアス状態の分散を小さい値に設定することにより実現される。
Claims (20)
- 複数の衛星の1個から受信した信号に基づいて、衛星測位システムのユーザーが取得した搬送波位相測定値に対応する浮動バイアス値を決定する方法であって、
ユーザーの位置を決定するステップと、
前記ユーザーの位置に基づいて、前記ユーザーから前記衛星までの理論距離を計算するステップと、
前記理論距離および前記搬送波位相測定値に基づいて初期バイアス値を計算するステップと、
前記初期バイアス値を用いて、前記浮動バイアス値を決定するステップと
を含む方法。 - 前記ユーザーが静止していて、前記ユーザーの位置を決定するステップが、前記ユーザーの先行動作に付随する浮動バイアス値を取得するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ユーザーの位置が、前記ユーザー、基準局、および前記ユーザーと前記基準局との間の無線リンクを含むリアルタイムキネマティック方式を用いて決定される、請求項1に記載の方法。
- 前記ユーザーの位置を決定するステップが、
前記ユーザーと前記基準局との間の差分搬送波位相測定値の集合に関連付けられた整数バイアスを解決するステップと、
前記解決された整数バイアスを用いて前記ユーザーの位置を計算するステップと
を含む、請求項3に記載の方法。 - 前記ユーザーの位置を決定するステップが、
前記基準局に相対的な前記ユーザーの位置を決定するステップと、
前記基準局の位置に関する情報を受信するステップと、
前記基準局に相対的な前記ユーザーの位置および前記基準局の位置に関する情報に基づいて前記ユーザーの絶対位置を決定するステップと
を含む、請求項3に記載の方法。 - 前記搬送波位相測定値が、屈折補正されている、請求項1に記載の方法。
- 前記浮動バイアス値を決定するステップが、
一連の測定時点の各々において、前記初期バイアス値を用いて搬送波位相測定値を調整するステップと、
前記調整された搬送波位相測定値を用いて前記浮動バイアス値を計算するステップと
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記浮動バイアス値が、前記一連の測定時点の各々において、前記調整された搬送波位相測定値と、対応するコード測定値との間のオフセットの拡張平均を求めることにより計算される、請求項7に記載の方法。
- 前記浮動バイアス値が、計算に際して多数のオフセット値を用いたかのように前記浮動バイアス値を扱うことにより計算される、請求項8に記載の方法。
- 前記搬送波位相測定値およびコード測定値が、屈折補正されている、請求項8に記載の方法。
- 前記浮動バイアス値がカルマン・フィルタ処理におけるバイアス状態として決定され、かつ前記浮動バイアス値が前記バイアス状態の分散を小さい値に設定することにより計算される、請求項7に記載の方法。
- ローカル基準受信器および広域衛星測位システムの両方に関連付けられた対象物を測位またはナビゲートする方法であって、
前記ローカル基準受信器から受信した情報に基づいて前記対象物の第一の位置を決定するステップと、
前記対象物の前記第一の位置を用いて、前記対象物で得られた搬送波位相測定値に関連付けられた浮動バイアス値を決定するステップと、
前記広域衛星測位システムから受信した情報および前記浮動バイアス値に基づいて前記対象物の第二の位置を決定するステップと、を含む方法。 - 前記第一の位置が前記ローカル基準局に相対的であって、前記第二の位置が絶対位置であり、前記方法が更に、
前記広域衛星測位システムから前記ローカル基準局の位置を受信するステップと、
前記浮動バイアス値を決定する前に、前記ローカル基準受信器の位置を用いて、前記第一の位置を絶対位置に変換するステップと、
前記ローカル基準局の位置を用いて、前記第二の位置を前記ローカル基準受信器に相対的な位置に変換するステップと、を含む、請求項12に記載の方法。 - 前記浮動バイアス値を決定するステップが、前記第一の位置を用いて初期浮動バイアス値を計算するステップを含む、請求項12に記載の方法。
- 初期浮動バイアス値を計算するステップが、前記対象物と複数の衛星との間の理論距離を計算するステップを含む、請求項14に記載の方法。
- 前記浮動バイアス値を決定するステップが、前記初期浮動バイアス値を用いて前記搬送波位相測定値を調整するステップを含む、請求項14に記載の方法。
- 前記浮動バイアスを決定するステップが、前記調整された搬送波位相測定値を用いてコード測定値を平滑化するステップを含む、請求項15に記載の方法。
- プロセッサにより実行された際に、衛星測位システムのユーザーが取得した搬送波位相測定値に対応する浮動バイアス値を、複数の衛星の1個から受信した信号に基づいて決定する方法をプロセスに実行させるコンピュータ可読のプログラム命令を格納したコンピュータ可読媒体であって、前記プログラム命令が、
前記ユーザーの位置を決定させる命令と、
前記ユーザーの位置に基づいて、前記ユーザーから前記衛星までの理論距離を計算させる命令と、
前記理論距離および前記搬送波位相測定値に基づいて初期バイアス値を計算させる命令と、
前記初期バイアス値を用いて前記浮動バイアス値を決定させる命令と
を備えるコンピュータ可読媒体。 - 前記ユーザーの位置が、前記ユーザー、基準局、および前記ユーザーと前記基準局との間の無線リンクを含むリアルタイムキネマティック方式を用いて決定される、請求項18に記載のコンピュータ可読媒体。
- 前記浮動バイアス値を決定する命令が、
一連の測定時点の各々において、前記初期バイアス値を用いて搬送波位相測定値を調整する命令と、
前記浮動バイアス値が所定の精度に達するまで、小さい値のゲインを用いて前記浮動バイアス値を調整する命令と
を含む、請求項18に記載のコンピュータ可読媒体。
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