JP2008232761A - Positioning device for mobile - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動体の位置を測位する移動体用測位装置に関する。 The present invention relates to a positioning device for a moving body that measures the position of a moving body.
従来から、GPS受信機の観測情報と、自律航法(慣性航法)用複合センサの計測情報を用いて、車両の現在位置、進行方向及び速度等を計算する複合航法を備えたロケータ装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。このロケータ装置では、慣性航法と衛星航法とをルーズカップリング型で融合するカルマンフィルタを用いて、車輪速センサのスケーリングファクタが補正されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a locator device having a compound navigation that calculates the current position, traveling direction, speed, etc. of a vehicle using observation information of a GPS receiver and measurement information of a compound sensor for autonomous navigation (inertial navigation) is known. (For example, refer to Patent Document 1). In this locator device, the scaling factor of the wheel speed sensor is corrected using a Kalman filter that fuses inertial navigation and satellite navigation in a loose coupling manner.
また、近年では、慣性航法と衛星航法とを融合する際に、GPS受信機の測位結果ではなく、GPS受信機の観測生データ(例えば擬似距離の計測データ)を直接的に用いるタイトカップリング型カルマンフィルタが提案されている。
ところで、実際のGPS衛星からの電波(衛星信号)には、GPS衛星からGPS受信機までの間に、熱雑音(自然界に存在するノイズ)が加わるので、C/Aコード等の擬似雑音符号に基づき擬似距離を算出する構成においては、擬似距離のばらつきを収束させるのに長い時間を要する。 By the way, in the radio wave (satellite signal) from an actual GPS satellite, thermal noise (noise existing in the natural world) is added between the GPS satellite and the GPS receiver, so that the pseudo noise code such as a C / A code is added. In the configuration in which the pseudo distance is calculated based on this, it takes a long time to converge the pseudo distance variation.
この点、上述の背景技術に記載された文献では、センサのバイアス誤差やドリフト誤差等を補正して測位精度を高める観点から、ルーズカップリング型やタイトカップリング型により慣性航法と衛星航法とを融合させているが、早期に擬似距離のばらつきを収束させる観点から何ら提案がなされていない。 In this respect, in the literature described in the background art described above, from the viewpoint of improving the positioning accuracy by correcting the bias error and drift error of the sensor, inertial navigation and satellite navigation are performed using a loose coupling type or a tight coupling type. Although they are integrated, no proposal has been made from the viewpoint of converging the pseudorange variation at an early stage.
そこで、本発明は、早期に擬似距離のばらつきを収束させることができる移動体用測位装置の提供を目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a positioning device for a moving body that can converge a variation in pseudo distance at an early stage.
上記目的を達成するため、第1の発明は、移動体に搭載され、該移動体の位置を測位する移動体用測位装置において、
慣性航法を用いて前記移動体の位置を算出する慣性航法測位手段と、
衛星からの電波に乗せられたコード情報と、受信機時計の時刻情報とに基づいて、該衛星と前記移動体の間の擬似距離を計測する擬似距離計測手段と、
前記擬似距離計測手段により計測される擬似距離を、衛星軌道情報に基づく衛星の位置の算出値と、前記慣性航法測位手段による前記移動体の位置の算出値と、前記受信機時計の時計誤差の推定値とに基づいて推測する擬似距離推測手段と、
前記衛星軌道情報に係る衛星の位置の分散と、前記慣性航法測位手段により算出された前記移動体の位置の分散と、前記時計誤差の分散とに基づいて、前記擬似距離推測手段により推測された擬似距離の分散を算出する分散算出手段と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a positioning device for a moving body that is mounted on a moving body and measures the position of the moving body.
Inertial navigation positioning means for calculating the position of the moving body using inertial navigation;
A pseudo distance measuring means for measuring a pseudo distance between the satellite and the mobile body based on the code information carried on the radio wave from the satellite and the time information of the receiver clock;
The pseudo distance measured by the pseudo distance measuring means is calculated by calculating a satellite position based on satellite orbit information, a calculated position of the moving body by the inertial navigation positioning means, and a clock error of the receiver clock. A pseudo-range estimation means for estimating based on the estimated value;
Estimated by the pseudo-range estimating means based on the dispersion of the position of the satellite related to the satellite orbit information, the dispersion of the position of the moving object calculated by the inertial navigation positioning means, and the variance of the clock error. A variance calculating means for calculating the variance of the pseudo distance.
第2の発明は、第1の発明に係る移動体用測位装置において、
前記擬似距離計測手段により計測された擬似距離と、前記擬似距離推測手段により推測された擬似距離とを結合して、結合擬似距離を算出する結合擬似距離算出手段と、
前記結合擬似距離算出手段により算出された前記結合擬似距離を用いて移動体位置を測位する測位演算手段とを更に備え、
前記結合擬似距離算出手段は、前記分散値算出手段により算出された分散を用いて、前記擬似距離の結合処理を行うことを特徴とする。
2nd invention is the positioning apparatus for moving bodies which concerns on 1st invention,
A combined pseudo distance calculating means for calculating a combined pseudo distance by combining the pseudo distance measured by the pseudo distance measuring means and the pseudo distance estimated by the pseudo distance estimating means;
A positioning calculation means for positioning a moving body position using the combined pseudo distance calculated by the combined pseudo distance calculation means;
The combined pseudo distance calculating unit performs the pseudo distance combining process using the variance calculated by the variance value calculating unit.
第3の発明は、第1の発明に係る移動体用測位装置において、
前記擬似距離推測手段により推測された擬似距離段及び擬似距離計測手段により計測された擬似距離は、タイトカップリング型のカルマンフィルタに入力されることを特徴とする。
3rd invention is the positioning apparatus for moving bodies based on 1st invention,
The pseudo distance stage estimated by the pseudo distance estimating means and the pseudo distance measured by the pseudo distance measuring means are input to a tight coupling type Kalman filter.
第4の発明は、第3の発明に係る移動体用測位装置において、
前記分散算出手段は、前記タイトカップリング型のカルマンフィルタで導出される誤差共分散行列の対角成分に基づいて、前記慣性航法測位手段により算出された前記移動体の位置の分散と、前記時計誤差の分散とを算出することを特徴とする。
4th invention is the positioning apparatus for moving bodies which concerns on 3rd invention,
The variance calculating means includes a variance of the position of the moving body calculated by the inertial navigation positioning means based on a diagonal component of an error covariance matrix derived by the tight coupling type Kalman filter, and the clock error. Is calculated.
本発明によれば、早期に擬似距離のばらつきを収束させることができる移動体用測位装置が得られる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the positioning apparatus for moving bodies which can converge the dispersion | variation in a pseudo distance at an early stage is obtained.
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る移動体用測位装置が適用されるGPS(Global Positioning System)の全体的な構成を示すシステム構成図である。図1に示すように、GPSは、地球周りを周回するGPS衛星10と、地球上に位置し地球上を移動しうる車両90とから構成される。但し、車両90は、移動局の一例であり、他の移動体としては、自動二輪車、鉄道、船舶、航空機、ホークリフト、ロボットや、人の移動に伴い移動する携帯電話等の情報端末が想定される。
FIG. 1 is a system configuration diagram showing an overall configuration of a GPS (Global Positioning System) to which a mobile positioning device according to the present invention is applied. As shown in FIG. 1, the GPS is composed of a GPS satellite 10 that orbits the earth and a
GPS衛星10は、航法メッセージを地球に向けて常時放送する。航法メッセージには、対応するGPS衛星10に関する衛星軌道情報(エフェメリスやアルマナク)、時計の補正値、電離層の補正係数が含まれている。航法メッセージは、C/Aコードにより拡散されL1波(周波数:1575.42MHz)に乗せられて、地球に向けて常時放送されている。尚、L1波は、C/Aコードで変調されたSin波とPコード(Precision Code)で変調されたCos波の合成波であり、直交変調されている。C/Aコード及びPコードは、擬似雑音(Pseudo Noise)符号であり、−1と1が不規則に周期的に並ぶ符号列である。 The GPS satellite 10 always broadcasts navigation messages toward the earth. The navigation message includes satellite orbit information (ephemeris and almanac) regarding the corresponding GPS satellite 10, a clock correction value, and an ionosphere correction coefficient. The navigation message is spread by the C / A code, is carried on the L1 wave (frequency: 1575.42 MHz), and is constantly broadcast toward the earth. The L1 wave is a combined wave of a Sin wave modulated with a C / A code and a Cos wave modulated with a P code (Precision Code), and is orthogonally modulated. The C / A code and the P code are pseudo noise codes, and are a code string in which -1 and 1 are irregularly arranged periodically.
尚、現在、24個のGPS衛星10が高度約20,000kmの上空で地球を一周しており、各4個のGPS衛星10が55度ずつ傾いた6つの地球周回軌道面に均等に配置されている。従って、天空が開けている場所であれば、地球上のどの場所にいても、常時、少なくとも5個以上のGPS衛星10が観測可能である。 Currently, 24 GPS satellites 10 orbit the earth at an altitude of about 20,000 km, and each of the four GPS satellites 10 is evenly arranged on six Earth orbit planes inclined by 55 degrees. ing. Therefore, as long as the sky is open, at least five GPS satellites 10 can be observed at any time on the earth.
車両90には、移動体用測位装置1が搭載される。図2は、本発明による移動体用測位装置1の一実施例における主要な機能ブロック図である。
The
移動体用測位装置1は、図2に示すように、タイトカップリング型で慣性航法と衛星航法とを融合させたタイトカップリング型測位システム5に、分散算出部30、擬似距離結合部40、及び測位演算部50を追加した構成となっている。
As shown in FIG. 2, the
タイトカップリング型測位システム5は、GPS受信機20と、慣性航法測位部60と、状態推定器70と、擬似距離推測部80とを備える。
The tight coupling
GPS受信機20は、擬似距離及びドップラ速度を計測する機能を有する構成であれば、如何なる構成であってもよい。
The
図3は、GPS受信機20の内部構成の一例を示す。以下では、説明の複雑化を避けるため、ある1つのGPS衛星101からの衛星信号に関する信号処理(1チャンネルの信号処理)を代表して説明する。以下で説明する信号処理は、観測周期毎(例えば1ms)に、観測可能な各GPS衛星101,102,103等からの衛星信号に対して並列的(同時)に実行される。
FIG. 3 shows an example of the internal configuration of the
GPS受信機20は、GPSアンテナ21、高周波回路22、A/D(analog-to-digital)変換回路24、DDL[Delay―Locked Loop]110、PLL(Phase−Locked Loop)120、ドップラ速度算出部122、衛星位置算出部124、及び、フィルタ130を含む。DDL110は、相互相関演算部111,112、位相進め部113、位相遅れ部114、位相ずれ計算部115、位相補正量計算部116、レプリカC/Aコード生成部117、及び、擬似距離算出部118を含む。
The
GPSアンテナ21は、GPS衛星101から発信されている衛生信号を受信し、受信した衛星信号を電圧信号(本例では、周波数1.5GHz)に変換する。1.5GHzの電圧信号をRF(radio frequency)信号と称する。
高周波回路22は、GPSアンテナ21を介して供給される微弱なRF信号を後段でA/D変換できるレベルまで増幅すると共に、RF信号の周波数を信号処理できる中間周波数(典型的には、1MHz〜20MHz)に変換する。尚、このようにRF信号をダウンコンバートして得られる信号を、IF(Intermediate frequency)信号と称する。
The high-frequency circuit 22 amplifies a weak RF signal supplied via the
A/D変換回路24は、高周波回路22から供給されるIF信号(アナログ信号)を、デジタル信号処理ができるようにデジタルIF信号に変換する。デジタルIF信号は、DDL110及びPLL120等に供給される。
The A /
DDL110のレプリカC/Aコード生成部117では、レプリカC/Aコードが生成される。レプリカC/Aコードとは、GPS衛星101からの衛星信号に乗せられるC/Aコードに対して、+1、−1の並びが同一のコードである。 The replica C / A code generation unit 117 of the DDL 110 generates a replica C / A code. The replica C / A code with respect to the C / A code, which is put on the satellite signals from the GPS satellites 10 1, + 1, the arrangement of -1 is the same code.
相互相関演算部111には、レプリカC/Aコード生成部117で生成されるレプリカC/Aコードが、位相進め部113を介して入力される。即ち、相互相関演算部111には、Earlyレプリカ符号が入力される。位相進め部113では、レプリカC/Aコードが所定の位相だけ進められる。位相進め部113で進められる位相進み量をθ1とする。
The replica C / A code generated by the replica C / A code generation unit 117 is input to the cross correlation calculation unit 111 via the
相互相関演算部111には、また、デジタルIF信号が、図示しないミキサにより、PLL120で生成されるレプリカキャリアが乗算されてから入力される。
Further, the digital correlation signal is input to the cross-correlation calculation unit 111 after being multiplied by a replica carrier generated by the
相互相関演算部111では、入力されるデジタルIF信号と、位相進み量θ1のEarlyレプリカ符号を用いて、相関値(Early相関値ECA)が演算される。Early相関値ECAは、例えば以下の式で演算される。
Early相関値ECA=Σ{(デジタルIF)×(Earlyレプリカ符号)}
相互相関演算部112には、レプリカC/Aコード生成部117で生成されるレプリカC/Aコードが、位相遅れ部114を介して入力される。即ち、相互相関演算部112には、Lateレプリカ符号が入力される。位相遅れ部114では、レプリカC/Aコードが所定の位相だけ遅らされる。位相遅れ部114で遅らされる位相遅れ量は、位相進み量θ1と大きさ同一で符号が異なる。
The cross-correlation calculation unit 111 calculates a correlation value (Early correlation value E CA ) using the input digital IF signal and the Early replica code of the phase advance amount θ 1 . The Early correlation value E CA is calculated by the following equation, for example.
Early correlation value E CA = Σ {(digital IF) × (Early replica code)}
The replica C / A code generated by the replica C / A code generation unit 117 is input to the cross correlation calculation unit 112 via the phase delay unit 114. That is, the late replica code is input to the cross-correlation calculation unit 112. In the phase delay unit 114, the replica C / A code is delayed by a predetermined phase. The phase delay amount delayed by the phase delay unit 114 is the same as the phase advance amount θ 1 but has a different sign.
相互相関演算部112には、また、デジタルIF信号が、図示しないミキサにより、PLL120で生成されるレプリカキャリアが乗算されてから入力される。
Further, the digital correlation signal is input to the cross-correlation calculation unit 112 after being multiplied by a replica carrier generated by the
相互相関演算部112では、入力されるデジタルIF信号と、位相遅れ量−θ1のLateレプリカ符号を用いて、相関値(Late相関値LCA)が演算される。Late相関値LCAは、例えば以下の式で演算される。
Late相関値LCA1=Σ{(デジタルIF)×(Lateレプリカ符号)}
このようにして、相互相関演算部111、112では、コリレータ間隔d1(“スペーシング”とも称される)を2θ1とした相関値演算が実行される。相互相関演算部111、112にてそれぞれ演算されたEarly相関値ECA及びLate相関値LCAは、位相ずれ計算部115に入力される。
The cross-correlation calculation unit 112 calculates a correlation value (Late correlation value L CA ) using the input digital IF signal and the Late replica code of the phase delay amount −θ 1 . The Late correlation value L CA is calculated by the following equation, for example.
Late correlation value L CA1 = Σ {(digital IF) × (Late replica code)}
In this way, the cross-correlation calculation units 111 and 112 execute the correlation value calculation with the correlator interval d 1 (also referred to as “spacing”) being 2θ 1 . The Early correlation value E CA and the Late correlation value L CA calculated by the cross correlation calculation units 111 and 112 are input to the phase
位相ずれ計算部115では、デジタルIF信号と、レプリカC/Aコード生成部117で生成されるレプリカC/Aコードとの間に、どの程度位相のずれがあるかが算出される。即ち、位相ずれ計算部115では、受信したC/Aコードに対するレプリカC/Aコードの位相ずれ量Δφが算出(推定)される。レプリカC/Aコードの位相ずれ量Δφは、例えば以下の式で演算される。
(位相ずれ量Δφ)=(ECA−LCA)/2(ECA+LCA)
このようにして算出された位相ずれ量Δφは、位相補正量計算部116に入力される。
The phase
(Phase shift amount Δφ) = (E CA −L CA ) / 2 (E CA + L CA )
The phase shift amount Δφ calculated in this way is input to the phase correction amount calculation unit 116.
位相補正量計算部116では、位相ずれ量Δφを無くすべく、適切な位相補正量が算出される。適切な位相補正量が、例えば以下の演算式に従って、算出される。
(位相補正量)=(Pゲイン)×(位相ずれ量Δφ)+(Iゲイン)×Σ(位相ずれ量Δφ)
この式は、PI制御を利用したフィードバック制御を表す式であり、Pゲイン及びIゲインは、それぞれバラツキと応答性の兼ね合いから実験的に決定される。このようにして算出された位相補正量は、レプリカC/Aコード生成部117に入力される。
In the phase correction amount calculation unit 116, an appropriate phase correction amount is calculated so as to eliminate the phase shift amount Δφ. An appropriate phase correction amount is calculated, for example, according to the following arithmetic expression.
(Phase correction amount) = (P gain) × (phase shift amount Δφ) + (I gain) × Σ (phase shift amount Δφ)
This equation is an equation representing feedback control using PI control, and the P gain and the I gain are experimentally determined from the balance between variation and response, respectively. The phase correction amount calculated in this way is input to the replica C / A code generation unit 117.
レプリカC/Aコード生成部117では、生成されるレプリカC/Aコードの位相が、位相補正量計算部116により算出された位相補正量だけ補正される。即ち、レプリカC/Aコードの追尾点が補正される。かくして生成されたレプリカC/Aコードは、上述の如く位相進め部113及び位相遅れ部114を介して相互相関演算部111、112に入力されると共に、擬似距離算出部118に入力される。尚、相互相関演算部111、112では、このようにして生成されたレプリカC/Aコードは、次回の観測周期で入力されるIFデジタル信号に対する相関値演算に用いられることになる。
In the replica C / A code generation unit 117, the phase of the generated replica C / A code is corrected by the phase correction amount calculated by the phase correction amount calculation unit 116. That is, the tracking point of the replica C / A code is corrected. The replica C / A code generated in this way is input to the cross-correlation calculation units 111 and 112 via the
擬似距離算出部118では、レプリカC/Aコード生成部117で生成されるレプリカC/Aコードの位相情報に基づいて、擬似距離ρ’CAが、例えば以下の式により演算される。尚、符号の意味として、擬似距離ρCAに付された「’」は、後述のフィルタ処理が実行されていないことを示し、「CA」は、C/Aコードに基づいて算出された擬似距離ρであることを示す。
ρ’CA=NCA×300
ここで、NCAは、GPS衛星101と車両90との間のC/Aコードのビット数に相当し、レプリカC/Aコード生成部117で生成されるレプリカC/Aコードの位相及び受信機1内部の受信機時計に基づいて算出される。尚、数値300は、C/Aコードが、1ビットの長さが1μsであり、1ビットに相当する長さが約300m(1μs×光速)であることに由来する。このようにして算出された擬似距離ρ’CAを表す信号は、DDL110からフィルタ130に入力される。
In the pseudo distance calculation unit 118, the pseudo distance ρ ′ CA is calculated based on the phase information of the replica C / A code generated by the replica C / A code generation unit 117 using, for example, the following expression. In addition, as a meaning of a code, “′” added to the pseudo distance ρ CA indicates that a filtering process described later is not executed, and “ CA ” indicates a pseudo distance calculated based on the C / A code. Indicates ρ.
ρ ′ CA = N CA × 300
Here, N CA is, C / A code corresponds to the number of bits, the phase and the reception of the replica C / A code generated by the C / A code replica generation unit 117 between the GPS satellite 10 1 and the
PLL120では、内部で発生させたキャリアレプリカ信号を用いて、ドップラシフトした受信搬送波(受信キャリア)のドップラ周波数Δfが測定される。即ち、PLL120では、レプリカキャリアの周波数frと既知の搬送波周波数fL1(1575.42MHz)に基づいて、ドップラ周波数Δf(=fr−fL1)が測定される。尚、PLL120に入力されるデジタルIF信号は、図示しないミキサにより、DDL110から供給されるレプリカC/Aコードが乗算されたものである。PLL120からのドップラ周波数Δfを表す信号は、ドップラ速度算出部122及びフィルタ130に入力される。
The
フィルタ130では、ドップラ周波数Δfを用いて、擬似距離ρ’CAのフィルタ処理が実行される。フィルタ130では、例えば以下の演算式に従って、フィルタ処理後の擬似距離ρCAが計算される。
In the
ドップラ速度算出部122では、入力されたドップラ周波数Δfに基づいて、GPS衛星101と車両90との間の相対速度(ドップラ速度)ΔVが、例えば以下の関係式を用いて、算出される。
Δf=ΔV・fL1/(c−ΔV)
尚、cは光速を表す。
In Doppler velocity calculation unit 122, based on the Doppler frequency Δf that is input, the relative velocity (Doppler velocity) [Delta] V between the GPS satellite 10 1 and the
Δf = ΔV · f L1 / (c−ΔV)
Note that c represents the speed of light.
衛星位置算出部124は、航法メッセージの衛星軌道情報に基づいて、GPS衛星101の、ワールド座標系での現在位置r(SV)=(XSV、YSV、ZSV)及び移動速度V(SV)を計算する。尚、GPS衛星101は、人工衛星の1つであるので、その運動は、地球重心を含む一定面内(軌道面)に限定される。また、GPS衛星101の軌道は地球重心を1つの焦点とする楕円運動であり、ケプラーの方程式を逐次数値計算することで、軌道面上でのGPS衛星101の位置が計算できる。また、GPS衛星101の位置r(SV)は、GPS衛星101の軌道面とワールド座標系の赤道面が回転関係にあることを考慮して、軌道面上でのGPS衛星101の位置を3次元的な回転座標変換することで得られる。尚、ワールド座標系とは、図4に示すように、地球重心を原点として、赤道面内で互いに直交するX軸及びY軸、並びに、この両軸に直交するZ軸により定義される。
Satellite
GPS受信機20にて導出される衛星位置r(SV)及び衛星移動速度V(SV)は、後述の擬似距離推測部80に入力される。
The satellite position r (SV) and the satellite moving speed V (SV) derived by the
図2に戻る。慣性航法測位部60は、例えば車両の挙動を表すことができる状態量を検出する車輪速センサ等の車載センサの出力値を入力とする車両モデルを用いて適切な拘束を付与しつつ、IMU(加速度センサ及びジャイロセンサからなる慣性計測装置)の出力信号に基づいて、車両位置、速度や車両姿勢(方位角)を算出する。車両モデルは、例えばセンサのバイアスやドリフトが経時的に変化する性質を有することを考慮したガウスマルコフモデルに基づくものであってよい。この種の慣性航法による車両位置の測位方法は、多種多様でありえ、如何なる方法であってもよい。例えば車両位置は、加速度センサの出力値に、姿勢変換、重力補正、コリオリ力補正を行って2回積分し、当該2回積分により得られる移動距離を、車両位置の前回値に積算することで導出されてよい。姿勢変換を行うための変換式は、ジャイロセンサの出力値に、地球自転を加味する補正を行って積分し、その積分値(ヨー角)と姿勢の前回値とを積算した値を用いて作成されてよい。このようにして得られる車両位置及び速度を、ここでは、それぞれ、車両推定位置r(INS)=(XINS、YINS、ZINS)及び車両推定速度V(INS)という。車両推定位置r(INS)及び車両推定速度V(INS)は、後述の擬似距離推測部80に入力される。
Returning to FIG. For example, the inertial
擬似距離推測部80は、GPS受信機20から得られる衛星位置r(SV)及び衛星移動速度V(SV)と、慣性航法測位部60から得られる車両推定位置r(INS)及び車両推定速度V(INS)とに基づいて、以下の式により、推測擬似距離ρ推測及び推測ドップラ速度ΔV推測を算出する。
ρ推測=√{(XINS−XSV)2+(YINS−YSV)2+(ZINS−ZSV)2}+Ct
ΔV推測=V(INS)−V(SV)
ここで、Ctとは、GPS受信機20にて計測される擬似距離ρCA(或いはフィルタ前の擬似距離ρ’CA、以下、計測擬似距離ρと称する。)に含まれる時計誤差の推定値、即ち、GPS受信機20内の受信機時計と、GPS衛星101に搭載される原子時計との間の誤差の推定値である。Ctは、後述の状態推定器70から供給される。
The
ρ guess = √ {(X INS −X SV ) 2 + (Y INS −Y SV ) 2 + (Z INS −Z SV ) 2 } + C t
ΔV guess = V (INS) −V (SV)
Here, C t is an estimated value of a clock error included in a pseudo distance ρ CA (or pseudo distance ρ ′ CA before filtering, hereinafter referred to as a measured pseudo distance ρ) measured by the
このようにして擬似距離推測部80にて導出される推測擬似距離ρ推測及び推測ドップラ速度ΔV推測は、それぞれ、GPS受信機20から得られる計測擬似距離ρ及びドップラ速度ΔVに対して時間的に同期した態様で差分が取られる(例えば同一のGPS時刻に係る値同士で差分が取られる)。そして、これらの差分値が観測量zとして状態推定器70に入力される。
The estimated pseudorange ρ estimation and estimated Doppler velocity ΔV estimation derived by the
状態推定器70は、タイトカップリング型のカルマンフィルタを用いて、各種の状態量ηを推定する。状態方程式は、以下のように設定される。
η(tn)=F・η(tn−1)+G・u(tn−1)+Γ・w(tn−1)
ここで、η(tn)は、時刻t=tnでの状態変数を表わし、また、u(tn−1)及びw(tn−1)は、それぞれ、時刻t=tn−1での既知入力及び外乱(システム雑音:正規性白色雑音)である。η(tn)は、車両推定位置r(INS)及び車両推定速度V(INS)のそれぞれの誤差δr(INS)及びδv(INS)、慣性航法測位部60で推定される車両の姿勢の誤差δε(INS)、ジャイロセンサのバイアス誤差δb、加速度センサのドリフト誤差δd、車両90のタイヤの半径誤差δs、及び、GPS受信機20内の受信機時計の誤差δCtを含む。
The
η (t n ) = F · η (t n−1 ) + G · u (t n−1 ) + Γ · w (t n−1 )
Here, η (t n ) represents a state variable at time t = t n , and u (t n−1 ) and w (t n−1 ) respectively represent time t = t n−1. Are known inputs and disturbances (system noise: normal white noise). η (t n ) is an error δr (INS) and δv (INS) of the estimated vehicle position r (INS) and estimated vehicle speed V (INS), and an error in the posture of the vehicle estimated by the inertial
また、観測方程式は、次のように設定される。
z(tn)=H(tn)・η(tn)+v(tn)
観測量zは、上述の如く、擬似距離推測部80にて導出される推測擬似距離ρ推測及び推測ドップラ速度ΔV推測と、GPS受信機20にて導出される計測擬似距離ρ及びドップラ速度ΔVとのそれぞれの差分値である。
The observation equation is set as follows.
z (t n ) = H (t n ) · η (t n ) + v (t n )
As described above, the observation amount z is calculated by the estimated pseudorange ρ estimation and the estimated Doppler velocity ΔV estimated by the
ここで、観測量zは、(ρ−ρ推測、ΔV−ΔV推測)であるが、車両推定位置r(INS)及び車両推定速度V(INS)に、各種誤差δr(INS)、δv(INS)、δε(INS)、δb、δd及びδsが含まれていると仮定する。この場合、例えば擬似距離に関する観測量は、ρ−ρ推測=√{(XINS+ΣδX*−XSV)2+(YINS+ΣδY*−YSV)2+(ZINS+ΣδZ*−ZSV)2}+Ct+δCtとなる。(δX*、δY*、δZ*)は、各種誤差δr(INS)、δv(INS)、δε(INS)、δb、δd及びδsに対応する各誤差のX,Y,Z成分を表す。このように、上記の状態方程式は線形であるのに対して、観測量zは、状態変数η(各種誤差)に関して非線形であるため、線形化して上記の観測方程式の観測行列Hが求められる。 Here, the observation amount z is (ρ−ρ estimation , ΔV−ΔV estimation ), but various errors δr (INS) and δv (INS) are added to the vehicle estimated position r (INS) and the vehicle estimated speed V (INS). ), Δε (INS), δb, δd, and δs. In this case, for example, the observed amount related to the pseudorange is ρ−ρ guess = √ {(X INS + Σδ X * −X SV ) 2 + (Y INS + Σδ Y * −Y SV ) 2 + (Z INS + Σδ Z * −Z the SV) 2} + C t + δC t. (Δ X *, δ Y * , δ Z *) is various error δr (INS), δv (INS ), δε (INS), δb, each error of X corresponding to δd and .delta.s, Y, and Z components To express. Thus, while the above state equation is linear, the observation quantity z is non-linear with respect to the state variable η (various errors), and thus the observation matrix H of the above observation equation is obtained by linearization.
分散算出部30は、先ず、GPS受信機20にて導出される計測擬似距離ρの分散σ1 2を算出する機能を有する。分散σ1 2は、例えば以下の式に従って算出されてよい。
σ1 2=Σ(ρ”1−ave(ρ”1))2/(n−1) 式(1)
式(1)において、ρ”1は、計測擬似距離ρから観測周期毎の擬似距離変化量を差し引いたものである。擬似距離変化量は、上述のドップラ周波数Δfから導出されてよい。ave(ρ”1)は、データ数nのρ”1の平均を表す。
The
σ 1 2 = Σ (ρ ″ 1 −ave (ρ ″ 1 )) 2 / (n−1) Equation (1)
In Expression (1), ρ ″ 1 is obtained by subtracting the pseudo distance change amount for each observation period from the measured pseudo distance ρ. The pseudo distance change amount may be derived from the Doppler frequency Δf described above. ρ ″ 1 ) represents an average of ρ ″ 1 of the number of data n.
或いは、計測擬似距離ρの分散値σ1 2は、例えば以下の式に従って算出されてよい。
σ1 2=λ×√(d1/τ・C/N) 式(2)
式(2)において、C/Nは、搬送波の強度(電力)と雑音の強度(電力)の比である。C/N以外は固定値であり、λは、C/Aコードの1ビットの長さであり、約300[m]である。d1は、計測擬似距離ρを算出した際に用いたレプリカC/Aコードに係るEarlyレプリカ符号とLateレプリカ符号の位相差(コリレータ間隔)である。τは、フィルタにおけるフィルタ時定数であり、データ数に相当する。
この場合、C/Nの算出方法は、多種多様であり、例えば以下の式(3)に従って算出されてよい。
C/N={(GPS衛星101の発信電波強度)−α×L2}/(熱雑音レベル) 式(3)
これは、C/Nを理論式により推測する方法があり、熱雑音は基本的に常に一定であり、信号は距離の二乗に比例して減衰するという特徴を利用したものである。ここで、GPS衛星101の発信電波強度及び熱雑音レベルは、既知の値を用いる。Lは、GPS衛星101と車両90との間の距離であり、GPS衛星101の位置と、車両90の位置とに基づいて、算出される。GPS衛星101の位置は、衛星位置算出部124からの情報が用いられてよく、車両90の位置は、測位演算部50における前回周期の測位結果であってよく、又は今回周期の測位結果をフィードバックして利用してもよい。また、αは、減衰係数である。尚、式(2)において、GPSアンテナ21の指向性ないしGPS衛星101の仰角を加味するための項を追加してもよい。
或いは、C/Nは、例えば以下の式(4)に従って算出されてよい。
C/N=log(ECA+LCA)+β 式(4)
これは、C/Nがノイズ電力Wnと信号電力(搬送波電力)Wcを用いて、C/N=10log(Wc/Wn)で表され、Wc/WnがEarly相関値ECA及びLate相関値LCAの和(=ECA+LCA)に比例関係にあることを考慮したものである。式(3)において、βは、適切な固定値であり、例えば既知のノイズ電力Wnを用いて、−10logWnで表されてよい。尚、Early相関値ECA及びLate相関値LCAは、熱雑音に起因してバラツキが発生するため、式(4)により求めるC/Nには、バラツキが発生する。従って、以下の式(5)のように、ある程度データをためてフィルタ(平均)処理を行うことで、各相関値ECA、LCAのバラツキの影響を低減することが可能である。
C/N=Σ(C/N’)/n 式(5)
C/N’は、上記の式(4)により算出されたC/Nで表す。nは、データ数(例えば、1ms毎にデータを収集し、100ms分のデータを用いる場合には、n=100)である。尚、データ数nは、観測開始時をゼロとして、その後、観測周期(例えば1ms)毎に1つずつ増加するものである。
或いは、C/Nは、例えば以下の式(6)に従って算出されてよい。
C/N=(C/N推測+n×C/N実測)/(n+1) 式(6)
C/N推測は、上記の式(3)により算出されたC/Nを表し、C/N実測は、上記の式(4)又は(5)により算出されたC/Nを表す。この式(6)では、データ数nが増えるに従って、C/N実測に大きい重みが付与されるようになっている。即ち、観測開始直後は、実測データ量の少なさに起因したC/N実測のバラツキを考慮してC/N推測に相対的に大きな重みが付与され、時間が経過するに従って、実測データ量の増加に伴って信頼性が高くなったC/N実測に相対的に大きな重みが付与されるようになっている。
Alternatively, the variance value sigma 1 2 measuring pseudorange ρ may for example be calculated according to the following equation.
σ 1 2 = λ × √ (d 1 / τ · C / N) Equation (2)
In Equation (2), C / N is the ratio of the carrier strength (power) to the noise strength (power). The values other than C / N are fixed values, and λ is the length of one bit of the C / A code, which is about 300 [m]. d 1 is a phase difference (correlator interval) between the Early replica code and the Late replica code related to the replica C / A code used when the measurement pseudorange ρ is calculated. τ is a filter time constant in the filter and corresponds to the number of data.
In this case, there are various C / N calculation methods. For example, the C / N may be calculated according to the following equation (3).
C / N = {-α × L 2 ( outbound radio field intensity of the GPS satellite 10 1)} / (thermal noise level) formula (3)
This is a method of estimating C / N by a theoretical formula, and utilizes the feature that the thermal noise is basically always constant and the signal attenuates in proportion to the square of the distance. Here, the originating radio wave strength and the thermal noise level of the GPS satellite 10 1 is used a known value. L is the distance between the GPS satellite 10 1 and the
Alternatively, C / N may be calculated according to the following formula (4), for example.
C / N = log (E CA + L CA ) + β Formula (4)
This is represented by C / N = 10 log (Wc / Wn) using noise power Wn and signal power (carrier power) Wc, where Wc / Wn is an early correlation value E CA and a late correlation value L. This is in consideration of a proportional relationship with the sum of CA (= E CA + L CA ). In Expression (3), β is an appropriate fixed value, and may be represented by −10 log Wn using, for example, a known noise power Wn. Since the Early correlation value E CA and the Late correlation value L CA vary due to thermal noise, variation occurs in the C / N obtained from Equation (4). Therefore, as shown in the following equation (5), it is possible to reduce the influence of variations in the correlation values E CA and L CA by performing filter (average) processing by accumulating data to some extent.
C / N = Σ (C / N ′) / n Formula (5)
C / N ′ is represented by C / N calculated by the above equation (4). n is the number of data (for example, when data is collected every 1 ms and data for 100 ms is used, n = 100). Note that the number of data n is incremented by 1 every observation period (for example, 1 ms) after setting the observation start to zero.
Alternatively, C / N may be calculated according to the following formula (6), for example.
C / N = (C / N guess + n × C / N actual measurement ) / (n + 1) Equation (6)
The C / N estimation represents the C / N calculated by the above formula (3), and the C / N actual measurement represents the C / N calculated by the above formula (4) or (5). In this equation (6), as the number of data n increases, a larger weight is given to the C / N actual measurement . That is, immediately after the start of observation, a relatively large weight is given to the C / N estimation in consideration of variations in C / N actual measurement due to the small amount of actual measurement data. A relatively large weight is given to the C / N actual measurement whose reliability has increased with the increase.
分散算出部30は、更に、擬似距離推測部80にて導出される推測擬似距離ρ推測の分散σ推測 2を算出する機能を有する。
The
分散σ推測 2は、ρ推測=√{(XINS−XSV)2+(YINS−YSV)2+(ZINS−ZSV)2}+Ctであることから、衛星軌道情報に係る衛星の位置の分散と、慣性航法測位部60により導出された車両推定位置r(INS)の分散と、GPS受信機20の時計誤差の分散とから算出される。
Since the variance σ guess 2 is ρ guess = √ {(X INS −X SV ) 2 + (Y INS −Y SV ) 2 + (Z INS −Z SV ) 2 } + C t, it is related to the satellite orbit information. It is calculated from the variance of the satellite position, the variance of the estimated vehicle position r (INS) derived by the inertial
分散σ推測 2は、分散の伝播則により、衛星軌道情報に係る衛星の位置の分散と、慣性航法測位部60により導出された車両推定位置r(INS)の分散とから算出される分散σf 2に、GPS受信機20の時計誤差の分散σCt 2を足し合わせることにより算出されてよい。即ち、分散σ推測 2=σf 2+σCt 2として算出されてよい。
The variance σ estimation 2 is a variance σ f calculated from the variance of the satellite position according to the satellite orbit information and the variance of the vehicle estimated position r (INS) derived by the inertial
分散σf 2は、分散の伝播則により以下のようにして算出されてよい。 The variance σ f 2 may be calculated as follows according to the dispersion propagation law.
GPS受信機20の時計誤差の分散σCt 2は、状態推定器70で導出される誤差共分散行列Pにおける対応する対角成分の値が用いられる。
For the clock error variance σ Ct 2 of the
擬似距離結合部40は、同一GPS時刻に係る計測擬似距離ρと推測擬似距離ρ推測とを結合して、1つの擬似距離ρCOM(以下、「結合擬似距離」という)を算出する。擬似距離結合部40は、例えば簡易的に以下の式により、結合擬似距離ρCOMを算出してよい。
ρCOM=(ρ+ρ推測)/2
即ち、結合擬似距離ρCOMは、計測擬似距離ρと推測擬似距離ρ推測とを平均化することにより算出されてよい。但し、好ましくは、擬似距離結合部40は、分散算出部30から得られる計測擬似距離ρの分散値σ1 2及び推測擬似距離ρ推測の分散値σ推測 2を用いて、例えば以下の式に従って、第1擬似距離ρと第2擬似距離ρとを結合することで、結合擬似距離ρCOMを算出する。
ρCOM=(σ推測 2m×ρ+σ1 2m×ρ推測)/(σ推測 2m+σ1 2m)
ここで、上付き「m」は、階乗を表し、正の整数(m=1,2、・・)のうちの適切な値が用いられる。例えば、m=1であってよい。この場合、結合擬似距離ρCOMは、以下の式に従って算出されることになる。
ρCOM=(σ推測 2×ρ+σ1 2×ρ推測)/(σ推測 2+σ1 2)
このようにして擬似距離結合部40にて算出される結合擬似距離ρCOMは、測位演算部50に入力される。
The pseudo
ρ COM = (ρ + ρ guess ) / 2
That, coupled pseudorange [rho COM may be calculated by averaging the guess pseudorange [rho presumed measured pseudorange [rho. However, preferably, the
ρ COM = (σ guess 2m × ρ + σ 12 m × ρ guess ) / (σ guess 2m + σ 12 m )
Here, the superscript “ m ” represents a factorial, and an appropriate value of positive integers (m = 1, 2,...) Is used. For example, m = 1 may be set. In this case, the combined pseudorange ρ COM is calculated according to the following equation.
ρ COM = (σ guess 2 × ρ + σ 1 2 × ρ guess ) / (σ guess 2 + σ 1 2 )
The combined pseudo distance ρ COM calculated by the pseudo
測位演算部50は、衛星位置算出部124から得られる衛星位置r(SV)と、擬似距離結合部40から供給される結合擬似距離ρCOMとに基づいて、車両90の位置(Xu,Yu,Zu)を測位する。測位結果は、例えばナビゲーションシステムに出力されてよい。車両90の位置は、3つのGPS衛星10に対して得られるそれぞれの結合擬似距離ρCOM及び衛星位置r(SV)を用いて、三角測量の原理で導出されてよい。この場合、結合擬似距離ρCOMは上述の如く時計誤差を含むので、4つ目のGPS衛星10に対して得られる結合擬似距離ρCOM及び衛星位置r(SV)を用いて、時計誤差成分が除去されてよい。或いは、5つ以上のGPS衛星10に対して得られる結合擬似距離ρCOM及び衛星位置r(SV)を用いて、統計的なアルゴリズムを用いて最終的な車両90の位置(Xu,Yu,Zu)が決定されてもよい。尚、車両90の位置の測位方法としては、上述のような単独測位に限られず、干渉測位(既知の点に設置された固定局での受信データを併用する方式)であってもよい。干渉測位の場合、上述の如く固定局及び車両90にてそれぞれ得られる擬似距離の一重位相差や2重位相差等を用いて車両90の位置が測位されることになる。
The
次に、以上説明した本実施例の移動体用測位装置1の主要動作について、図5を参照して説明する。図5に示す処理は、所定周期毎に繰り返し実行されるが、ここでは、時刻tnに係る周期を今回周期として説明する。
Next, main operations of the
ステップ300では、IMUの出力値(例えば3軸方向の加速度、及び、3軸まわりのヨー)がサンプリングされる。IMUの値は、後述のステップ350の前回周期にて状態推定器70により算出される誤差に基づいて補正を受けてよい。即ち、ジャイロセンサのバイアス誤差δb、加速度センサのドリフト誤差δdの推定値に基づいて、それぞれの誤差が補正されてよい。また、車輪速センサのスケーリングファクタ(車両モデル)についても、後述のステップ350の前回周期にて状態推定器70により導出されるタイヤ半径誤差δsの推定値に基づいて、補正されてよい。
In
ステップ310では、慣性航法測位部60において、上記ステップ300で得られるIMUの出力値に基づいて、車両推定位置r(INS)及び車両推定速度V(INS)等が導出される。車両推定位置r(INS)等は、擬似距離推測部80において推測擬似距離ρ推測(tn)の算出に用いられる。
In step 310, the inertial
ステップ320では、状態推定器70においてカルマンフィルタの時間更新が実行される。カルマンフィルタの時間更新は、例えば以下のように表される。
η(tn)(−)=η(tn−1)(+)+u(tn−1)
P(tn)(−)=F・P(tn−1)(+)・FT+Γ・Q(tn−1)・ΓT
尚、Pは、予測・推定誤差の共分散行列であり、Qは、外乱wの共分散行列(正定値対称行列)である。
In
η (t n ) (−) = η (t n−1 ) (+) + u (t n−1 )
P (t n ) (−) = F · P (t n−1 ) (+) · F T + Γ · Q (t n−1 ) · Γ T
P is a covariance matrix of prediction / estimation errors, and Q is a covariance matrix (positive definite symmetric matrix) of disturbance w.
ステップ330乃至360では、状態推定器70においてカルマンフィルタの観測更新及び誤差推定処理が実行される。具体的には、以下のとおりである。
In
ステップ330では、現在見えている(観測可能な)GPS衛星10のそれぞれに対して、擬似距離推測部80にて推測擬似距離ρ推測(tn)が算出されると共に、GPS受信機20にて計測擬似距離ρ(tn)が計測される。この際、擬似距離推測部80にて導出される推測擬似距離ρ推測(tn)の算出に用いる時計誤差Ctは、後述のステップ350の前回周期にて状態推定器70により導出される誤差δCtの推定値に基づいて、補正されてよい。次いで、これらの計測擬似距離ρ及び推測擬似距離ρ推測に基づいて、上述の如く観測量z(tn)が導出される。そして、ステップ330では、現在見えているGPS衛星10に応じた観測行列H(tn)が演算される。尚、観測方程式(即ち、観測行列H(tn))は、現在見えているGPS衛星10の数に応じて変化する。
In
ステップ340では、カルマンゲインK(tn)が以下のように演算される。
K(tn)=P(tn)(−)・HT(tn)・(H(tn)・P(tn)(−)・HT(tn)+R(tn))−1
尚、Rは、観測ノイズ(正規性白色雑音)vの共分散行列(正定値対称行列)である。
In step 340, the Kalman gain K (t n ) is calculated as follows.
K (t n) = P ( t n) (-) · H T (t n) · (H (t n) · P (t n) (-) · H T (t n) + R (t n)) -1
R is a covariance matrix (positive definite symmetric matrix) of observation noise (normal white noise) v.
ステップ350では、上記のステップ340で得られるカルマンゲインK(tn)に基づいて、推定誤差δη(tn)が以下のように算出される。
δη(tn)=K(tn)・z(tn)
このようにして導出された状態量ηの推定誤差δη(tn)は、次回周期(tn+1)における上記のステップ310や330における誤差補正に利用される。
In step 350, based on the Kalman gain K (t n ) obtained in step 340, the estimation error δη (t n ) is calculated as follows.
δη (t n ) = K (t n ) · z (t n )
The estimated error δη (t n ) of the state quantity η derived in this way is used for error correction in the
ステップ360では、上記のステップ340で得られるカルマンゲインK(tn)に基づいて、共分散行列Pが以下のように更新される。
P(tn)(+)=P(tn)(−)−K(tn)・H(tn)・P(tn)(−)
ステップ370では、分散算出部30において分散σ1 2(tn)、σ推測 2(tn)が算出される。分散σ推測 2(tn)の算出には、上記のステップ360で導出されるP(tn)(+)における対応する対角成分の値、及び、所定の固定値が利用される。
In
P (t n ) (+) = P (t n ) (−) −K (t n ) · H (t n ) · P (t n ) (−)
In
ステップ380では、擬似距離結合部40において計測擬似距離ρ(tn)及び推測擬似距離ρ推測(tn)が結合されて結合擬似距離ρCOM(tn)が算出される。計測擬似距離ρ(tn)及び推測擬似距離ρ推測(tn)の結合には、上記のステップ370で導出される分散σ1 2(tn)及びσ推測 2(tn)が用いられる。
In
ステップ390では、測位演算部50において車両90の位置が測位される。この測位には、上記のステップ380で導出される結合擬似距離ρCOM(tn)が用いられる。
In
以上説明した本実施例の移動体用測位装置1によれば、とりわけ以下の有利な効果が奏される。
According to the
上述の如く、本実施例では、1観測周期でのC/Aコードの観測データから、1つのGPS衛星10に対する2個の擬似距離(計測擬似距離ρ、推測擬似距離ρ推測)が算出されるので、1つのGPS衛星10に対して1観測周期で唯一の擬似距離(例えば計測擬似距離ρのみ)を算出する構成に比べて、擬似距離(結合擬似距離ρCOM)のばらつきを早期に収束させることができる。 As described above, in this embodiment, two pseudoranges (measured pseudorange ρ, estimated pseudorange ρ guess ) for one GPS satellite 10 are calculated from the observation data of the C / A code in one observation period. since, compared to one of the GPS satellites 10 to the configuration for calculating only one pseudorange at one monitoring period (e.g. measured pseudorange [rho only), to converge the variation in the pseudo range (binding pseudorange [rho COM) early be able to.
また、2個の擬似距離(計測擬似距離ρ、推測擬似距離ρ推測)を、それぞれの分散σ1 2、σ推測 2(バラツキ度合いを表す指標)を用いて結合させることで、結合擬似距離ρCOMのばらつきを早期に収束させつつ、高い精度の結合擬似距離ρCOMを得ることができる。また、推測擬似距離ρ推測の分散σ推測 2は、タイトカップリング型のカルマンフィルタにて導出される共分散行列Pの対角線分を利用して導出されるので、推測擬似距離ρ推測の分散σ推測 2を精度良く算出することができる。 Further, by combining two pseudo distances (measured pseudo distance ρ, estimated pseudo distance ρ estimated ) using respective variances σ 1 2 and σ estimated 2 (an index indicating the degree of variation), the combined pseudo distance ρ A highly accurate coupled pseudorange ρ COM can be obtained while converging COM variations at an early stage. Furthermore, speculation pseudorange ρ variance σ guess 2 guess, since it is derived using the diagonal component of the covariance matrix P is derived in a tight coupling type Kalman filter, guess pseudorange ρ inferred variance σ guess 2 can be calculated with high accuracy.
また、分散算出部30と擬似距離推測部80から推測擬似距離ρ推測とその分散σ推測 2を求めることで、受信機内で擬似距離を絞り込む際のパラメータとして用いることができ、擬似距離推定の高速化を行うことも可能である。
Further, by obtaining the estimated pseudo distance ρ estimation and the variance σ estimation 2 from the
また、状態推定器70において、車両90のタイヤの半径誤差δsを考慮したタイトカップリング型のカルマンフィルタを構成することにより、車輪速センサの誤差要因をも補償できる精度の高い車両モデルを用いることができ、慣性航法測位部60の測位精度ひいては測位演算部50の測位精度を高めることができる。
Further, in the
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.
例えば、上述の実施例では、既存のGPS受信機20を含むタイトカップリング型測位システム5に、分散算出部30、擬似距離結合部40及び測位演算部50を追加する態様で、移動体用測位装置1が実現されているが、本発明はこれに限られず、GPS受信機20内に、分散算出部30、擬似距離結合部40及び測位演算部50の全部若しくは一部がソフトウェア的に及び/又はハードウェア的に組み込まれてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the positioning for the moving body is performed by adding the
また、上述の実施例では、C/Aコードを用いて計測擬似距離ρを導出しているが、計測擬似距離ρは、L2波のPコードに基づいて導出されてもよい。尚、Pコードの場合、Wコードで暗号化されているので、Pコード同期を行う際に、クロス相関方式を利用したDLLにより、Pコードを取り出すこととしてよい。Pコードに基づく擬似距離ρ’Pは、GPS衛星101でPコードが0ビット目であるとしてPコードのMPビット目が車両90にて受信されているかを計測することで、ρ’P=MP×30として求めることができる。
In the above-described embodiment, the measurement pseudo distance ρ is derived using the C / A code. However, the measurement pseudo distance ρ may be derived based on the P code of the L2 wave. In the case of a P code, since it is encrypted with a W code, when performing P code synchronization, the P code may be extracted by a DLL using a cross correlation method. Pseudorange [rho based on P-code 'P, by M P bit of P code to measure whether it is received by the
また、同様の観点から、上述の実施例において、C/Aコードに基づく計測擬似距離ρに代えて、車載カメラを用いた道路標識等(例えば、交差点手前の菱形のペイントのような、位置が既知の標識等)の画像認識結果に基づいて導出可能な推測擬似距離、路車間通信や車間通信を介して得られる車両位置に基づいて導出可能な推測擬似距離等を用いてもよい。 From the same viewpoint, in the above-described embodiment, instead of the measurement pseudo distance ρ based on the C / A code, a road sign using an in-vehicle camera or the like (for example, a rhombus paint in front of the intersection) An estimated pseudorange that can be derived based on an image recognition result of a known sign or the like, an estimated pseudorange that can be derived based on a vehicle position obtained through road-to-vehicle communication or vehicle-to-vehicle communication, or the like may be used.
また、上述の実施例では、2個の擬似距離(計測擬似距離ρ、推測擬似距離ρ推測)を結合して結合擬似距離ρCOMを算出しているが、推測擬似距離ρ推測を含む3個以上の擬似距離を結合して結合擬似距離ρCOMを算出してもよい。この場合、他の擬似距離としては、Pコードに基づく計測擬似距離ρ’Pや、異なる追尾方法で得られるC/Aコードに基づく計測擬似距離、車載カメラを用いた道路標識等の画像認識結果に基づいて導出可能な推測擬似距離、路車間通信や車車間通信を介して得られる車両位置に基づいて導出可能な推測擬似距離等が考えられる。この場合、結合態様としては、ある一の擬似距離に対して、1つずつ他の擬似距離を結合させてもよいし、すべての擬似距離を一括的に結合させてもよい。 Further, in the above embodiment, two pseudo-range (measured pseudorange [rho, guess pseudorange [rho guess) is bonded to a calculates the binding pseudorange [rho COM, 3 pieces containing guess pseudorange [rho guess The combined pseudo distance ρ COM may be calculated by combining the above pseudo distances. In this case, as other pseudo distances, a measurement pseudo distance ρ ′ P based on the P code, a measurement pseudo distance based on the C / A code obtained by a different tracking method, an image recognition result such as a road sign using an in-vehicle camera, etc. The estimated pseudo distance that can be derived based on the vehicle position, the estimated pseudo distance that can be derived based on the vehicle position obtained through road-to-vehicle communication or vehicle-to-vehicle communication, and the like can be considered. In this case, as a combination mode, one pseudo distance may be combined with another pseudo distance one by one, or all pseudo distances may be combined at once.
また、上述の実施例では、GPSに本発明が適用された例を示したが、本発明は、GPS以下の衛星システム、例えばガリレオ等の他のGNSS (Global Navigation Satellite System)にも適用可能である。 In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to the GPS has been shown. However, the present invention can also be applied to a satellite system below the GPS, for example, another GNSS (Global Navigation Satellite System) such as Galileo. is there.
1 移動体用測位装置
10 GPS衛星
20 GPS受信機
21 GPSアンテナ
22 高周波回路
24 A/D変換回路
30 分散算出部
40 擬似距離結合部
50 測位演算部
60 慣性航法測位部
70 状態推定器
80 擬似距離推測部
110 DDL
120 PLL
130 フィルタ
DESCRIPTION OF
120 PLL
130 Filter
Claims (4)
慣性航法を用いて前記移動体の位置を算出する慣性航法測位手段と、
衛星からの電波に乗せられたコード情報と、受信機時計の時刻情報とに基づいて、該衛星と前記移動体の間の擬似距離を計測する擬似距離計測手段と、
前記擬似距離計測手段により計測される擬似距離を、衛星軌道情報に基づく衛星の位置の算出値と、前記慣性航法測位手段による前記移動体の位置の算出値と、前記受信機時計の時計誤差の推定値とに基づいて推測する擬似距離推測手段と、
前記衛星軌道情報に係る衛星の位置の分散と、前記慣性航法測位手段により算出された前記移動体の位置の分散と、前記時計誤差の分散とに基づいて、前記擬似距離推測手段により推測された擬似距離の分散を算出する分散算出手段と、を備えることを特徴とする移動体用測位装置。 In a mobile positioning device that is mounted on a mobile body and measures the position of the mobile body,
Inertial navigation positioning means for calculating the position of the moving body using inertial navigation;
A pseudo distance measuring means for measuring a pseudo distance between the satellite and the mobile body based on the code information carried on the radio wave from the satellite and the time information of the receiver clock;
The pseudo distance measured by the pseudo distance measuring means is calculated by calculating a satellite position based on satellite orbit information, a calculated position of the moving body by the inertial navigation positioning means, and a clock error of the receiver clock. A pseudo-range estimation means for estimating based on the estimated value;
Estimated by the pseudo-range estimating means based on the dispersion of the position of the satellite related to the satellite orbit information, the dispersion of the position of the moving object calculated by the inertial navigation positioning means, and the variance of the clock error. Dispersion calculating means for calculating the variance of the pseudo distance, and a mobile positioning device.
前記結合擬似距離算出手段により算出された前記結合擬似距離を用いて移動体位置を測位する測位演算手段とを更に備え、
前記結合擬似距離算出手段は、前記分散値算出手段により算出された分散を用いて、前記擬似距離の結合処理を行う、請求項1に記載の移動体用測位装置。 A combined pseudo distance calculating means for calculating a combined pseudo distance by combining the pseudo distance measured by the pseudo distance measuring means and the pseudo distance estimated by the pseudo distance estimating means;
A positioning calculation means for positioning a moving body position using the combined pseudo distance calculated by the combined pseudo distance calculation means;
2. The mobile positioning apparatus according to claim 1, wherein the combined pseudo distance calculating unit performs the pseudo distance combining process using the variance calculated by the variance value calculating unit.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2007071322A JP2008232761A (en) | 2007-03-19 | 2007-03-19 | Positioning device for mobile |
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JP2008232761A true JP2008232761A (en) | 2008-10-02 |
Family
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Country | Link |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8779973B2 (en) | 2010-02-08 | 2014-07-15 | Seiko Epson Corporation | Satellite signal tracking method, position calculating method, and position calculating device |
CN104749586A (en) * | 2015-03-27 | 2015-07-01 | 中国电子科技集团公司第二十研究所 | Satellite navigation pseudorange abnormality realtime detection method |
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-
2007
- 2007-03-19 JP JP2007071322A patent/JP2008232761A/en active Pending
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