JP2008249402A - Device and method for estimating inter-frequency bias - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、衛星から放送される複数の異なる周波数信号による通過経路の電離層総電子数を推定するための周波数間バイアス推定装置及び周波数間バイアス推定方法に関する。 The present invention relates to an inter-frequency bias estimation apparatus and an inter-frequency bias estimation method for estimating the total number of ionospheric electrons in a passing path using a plurality of different frequency signals broadcast from a satellite.
衛星ナビゲーションシステム「Galileo」やGPSシステム、QZSS(準天頂衛星システム)等の衛星から送信される信号は、地球上の観測点の測位を行うのに利用される。その際、位置のわかっている衛星から観測点までの距離を求めるにあたって、電波の伝搬速度及び要した時間は、重要な要素となる。しかしながら、衛星から地上に向けて送信される電波信号は、電離層を通過する際に伝搬遅延量を生じ、測位誤差に大きな影響を与える。したがって、電離層伝搬遅延量を正確に求めることは、高精度な測位を行うにあたって必要不可欠なものである。 Signals transmitted from satellites such as the satellite navigation system “Galileo”, the GPS system, and the QZSS (Quasi-Zenith Satellite System) are used for positioning observation points on the earth. At that time, the radio wave propagation speed and the time required are important factors in obtaining the distance from the satellite whose position is known to the observation point. However, a radio wave signal transmitted from the satellite toward the ground causes a propagation delay when passing through the ionosphere, and greatly affects positioning errors. Therefore, accurately obtaining the ionospheric propagation delay is indispensable for performing highly accurate positioning.
従来から、電離層遅延量を正確に求めるために、様々な手法が提案されている。例えば特許文献1には、正確な電離層遅延量を計算するために必要な周波数間バイアスを算出する周波数間バイアス算出装置及び方法が記載されている。周波数間バイアスは、周波数間での電気的な経路差によるものであり、受信機、衛星等のハードウェアごとに異なる。正確な電離層遅延量を計算するためには、周波数間バイアスを除去することが必要である。 Conventionally, various methods have been proposed to accurately determine the ionospheric delay. For example, Patent Document 1 describes an inter-frequency bias calculation apparatus and method for calculating an inter-frequency bias necessary for calculating an accurate ionospheric delay amount. The inter-frequency bias is due to an electrical path difference between frequencies, and differs depending on hardware such as a receiver and a satellite. In order to calculate an accurate ionospheric delay, it is necessary to remove the inter-frequency bias.
特許文献1に記載された周波数間バイアス算出装置は、GPS衛星から複数のGPS受信機までの第一の周波数による各第一の擬似距離と第二の周波数による各第二の擬似距離とを、当該複数のGPS受信機から入力するデータ収集部と、このデータ収集部から入力した複数の第一及び第二の擬似距離を所定の演算式に代入して第一及び第二の周波数による周波数間バイアスを算出する周波数間バイアス算出部と、この周波数間バイアス算出部で算出された周波数間バイアスをGPS受信機へ出力するデータ出力部とを備える。この周波数間バイアス算出装置によれば、簡単な構成で周波数間バイアスをユーザに提供することができる。また、大量の演算を周波数間バイアス算出装置側で行うことにより、GPS受信機側すなわちユーザ側の負担を軽減できる。 The inter-frequency bias calculation apparatus described in Patent Document 1 includes a first pseudo distance by a first frequency and a second pseudo distance by a second frequency from a GPS satellite to a plurality of GPS receivers. A data collection unit input from the plurality of GPS receivers, and a plurality of first and second pseudo distances input from the data collection unit are substituted into a predetermined arithmetic expression to obtain a frequency between the first and second frequencies. An inter-frequency bias calculation unit that calculates a bias, and a data output unit that outputs the inter-frequency bias calculated by the inter-frequency bias calculation unit to the GPS receiver. According to the inter-frequency bias calculation apparatus, the inter-frequency bias can be provided to the user with a simple configuration. Further, by performing a large amount of computation on the inter-frequency bias calculation device side, the burden on the GPS receiver side, that is, the user side can be reduced.
電離層伝搬遅延量は、伝搬する信号の周波数に依存している。そのため、衛星からの複数の周波数信号を受信することにより、信号の通過経路における総電子数(TEC:Total Electron Content)を得ることができる。 The ionospheric propagation delay amount depends on the frequency of the propagated signal. Therefore, by receiving a plurality of frequency signals from the satellite, the total number of electrons (TEC: Total Electron Content) in the signal passing path can be obtained.
また、非特許文献1や非特許文献2には、電離層における電子密度モデル関数であるIRI(International Reference Ionosphere)モデルが記載されている。さらに非特許文献3には、やはり電離層電子密度モデル関数の一つであるGallagherのモデルが記載されている。これらのモデル関数を用いて計算によりTECを求めることもできる。
しかしながら、衛星のバイアス及び受信機のバイアスを未知数とする方程式は、1観測地点・観測時刻に対して衛星数と同数存在するのに対して、未知数は、衛星数+1個(各衛星のバイアス及び受信機のバイアス)存在するので、連立方程式により単純に解を求めることはできない。 However, the equation with the satellite bias and the receiver bias as unknowns is the same as the number of satellites for one observation point / observation time, whereas the unknown is the number of satellites + 1 (bias and Receiver bias), it is not possible to simply find a solution using simultaneous equations.
ところが、衛星からの複数の周波数信号を受信して信号の通過経路におけるTECを求める際には、衛星・受信機固有のバイアスが追加されてしまうため、衛星及び受信機のバイアスを求めることは必要不可欠である。 However, when receiving a plurality of frequency signals from a satellite and obtaining the TEC in the signal passing path, a bias specific to the satellite / receiver is added, so it is necessary to obtain the bias of the satellite and the receiver. It is essential.
また、上述したような電離層電子密度モデル関数は、月平均レベルのものであるため、観測結果との誤差が存在する。 Moreover, since the ionospheric electron density model function as described above has a monthly average level, there is an error from the observation result.
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので、衛星に起因する周波数間バイアス及び受信機に起因する周波数間バイアスを精度よく推定する周波数間バイアス推定装置及び周波数間バイアス推定方法を提供することを課題とする。 The present invention solves the above-described problems of the prior art, and provides an inter-frequency bias estimation apparatus and an inter-frequency bias estimation method that accurately estimate the inter-frequency bias caused by the satellite and the inter-frequency bias caused by the receiver. The task is to do.
本発明に係る周波数間バイアス推定装置は、上記課題を解決するために、複数の測位衛星から送信される衛星信号を受信する1以上の受信機を有し、前記衛星信号に含まれる測位情報を用いて位置情報を得る測位システムを利用する周波数間バイアス推定装置であって、前記1以上の受信機の各々から前記複数の測位衛星の各々に対する擬似距離に基づき前記衛星信号の通過経路の総電子数を算出する総電子数算出部と、電離層電子密度モデル関数に基づき総電子数モデル値を算出するモデル値算出部と、乱数を発生させる乱数発生部と、前記総電子数算出部により算出された総電子数と前記モデル値算出部により算出された総電子数モデル値に基づき周波数間バイアスを算出し、前記乱数発生部により発生した乱数に基づき前記周波数間バイアスが有する受信機依存周波数間バイアスと衛星依存周波数間バイアスとを仮に決定し、予め測量された位置に基づく位置情報と、仮に決定された前記受信機依存周波数間バイアスと前記衛星依存周波数間バイアスとに基づき前記位置を測位して得られた位置情報との誤差が最も小さい場合に、仮に決定された前記受信機依存周波数間バイアスと前記衛星依存周波数間バイアスとを真の値であると推定する周波数間バイアス推定部とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, an inter-frequency bias estimation apparatus according to the present invention has one or more receivers that receive satellite signals transmitted from a plurality of positioning satellites, and includes positioning information included in the satellite signals. An inter-frequency bias estimation apparatus that uses a positioning system to obtain position information using the total electron of the passage path of the satellite signal based on a pseudorange from each of the one or more receivers to each of the plurality of positioning satellites Calculated by a total electron number calculation unit for calculating a number, a model value calculation unit for calculating a total electron number model value based on an ionospheric electron density model function, a random number generation unit for generating random numbers, and the total electron number calculation unit The inter-frequency bias is calculated based on the total electron number and the total electron number model value calculated by the model value calculating unit, and the inter-frequency buffer is calculated based on the random number generated by the random number generating unit. A receiver-dependent inter-frequency bias and a satellite-dependent inter-frequency bias are determined temporarily, position information based on a pre-measured position, the receiver-dependent inter-frequency bias and the inter-satellite-dependent frequency bias When the error from the position information obtained by positioning the position based on the above is the smallest, the receiver-dependent inter-frequency bias and the satellite-dependent inter-frequency bias are estimated to be true values. And an inter-frequency bias estimator.
本発明によれば、衛星に起因する周波数間バイアス及び受信機に起因する周波数間バイアスを精度よく推定するので、電離層総電子数推定精度を向上し、測位精度や電離層モデルの改善に寄与することができる。 According to the present invention, since the inter-frequency bias caused by the satellite and the inter-frequency bias caused by the receiver are accurately estimated, the ionospheric total electron number estimation accuracy is improved, contributing to the improvement of the positioning accuracy and the ionospheric model. Can do.
以下、本発明の周波数間バイアス推定装置の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。 Embodiments of an inter-frequency bias estimation apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施例1の周波数間バイアス推定装置32及び測位システムの構成を示すブロック図である。この周波数間バイアス推定装置32は、複数の測位衛星(測位衛星10a、10b、10c)から送信される衛星信号を受信する1以上の衛星信号受信機24を有し且つ衛星信号に含まれる測位情報を用いて位置情報を得る測位システムを利用する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an inter-frequency
まず、本実施の形態の構成を説明する。本実施例の周波数間バイアス推定装置32及び測位システムは、図1に示すように、測位衛星10a、測位衛星10b、測位衛星10c、衛星信号処理系20、電離層TEC・バイアス推定処理系30、及びインターネットデータ処理系40で構成されている。測位衛星10a、測位衛星10b、測位衛星10c、及び衛星信号処理系20は、本発明の測位システムに対応する。なお、インターネットデータ処理系40も含めて測位システムとすることも可能であるが、インターネットデータ処理系40は、必ずしも必須のものではなく、付加的なものである。また、衛星信号処理系20、電離層TEC・バイアス推定処理系30、及びインターネットデータ処理系40は、お互いに通信回線50で接続されている。
First, the configuration of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the inter-frequency
測位衛星10a、測位衛星10b、測位衛星10cは、GPS、Galileo、準天頂衛星(QZSS)等の航法衛星であり、複数の周波数の衛星信号を送信する。
The positioning
衛星信号処理系20は、アンテナ22、衛星信号受信機24、及び衛星信号処理装置26から構成される。衛星信号受信機24は、本発明の受信機に対応し、複数の測位衛星(測位衛星10a、10b、10c)から送信される複数の周波数の衛星信号をアンテナ22を介して受信する。また、衛星信号処理装置26は、衛星信号に含まれる測位情報を用いて位置情報を得る。
The satellite
電離層TEC・バイアス推定処理系30は、周波数間バイアス推定装置32を有し、受信した信号に基づき衛星位置、信号通過経路の電離層総電子数(TEC)、周波数間バイアス等を算出する。受信したデータ・処理結果は、データサーバ系へLAN経由で伝送され保存される。
The ionosphere TEC / bias
インターネットデータ処理系40は、ルータ42、GEONET収集データ処理装置44、及び外部インターネット網46で構成されている。ルータ42は、スイッチングハブでもよい。インターネットデータ処理系40は、公開されている電離層関連の情報や国土地理院が公開しているGPS観測データ(GEONETデータ)や国際的に観測結果を公開しているIGS(International GPS Service for Geodynamics)データ等をインターネット経由で収集する装置である。インターネットデータ処理系40により収集された結果は、電離層TEC・バイアス推定処理系30で処理される。ルータ42は、セキュリティを考慮して設けられ、ファイアウォールとする。
The internet
図2は、本発明の実施例1の周波数間バイアス推定装置32の詳細なブロック図である。図2に示すように、周波数間バイアス推定装置32は、総電子数算出部33、モデル値算出部34、周波数間バイアス推定部35、及び乱数発生部36で構成されている。
FIG. 2 is a detailed block diagram of the inter-frequency
総電子数算出部33は、1以上の受信機の各々から複数の測位衛星の各々に対する擬似距離に基づき衛星信号の通過経路の総電子数を算出する。具体的には、総電子数算出部33は、衛星信号受信機24から測位衛星10a、10b、10cの各々に対する擬似距離に基づき衛星信号の通過経路の総電子数を算出する。また、総電子数算出部33は、外部インターネット網46から得た受信機と衛星との擬似距離に関するデータに基づき衛星信号の通過経路の総電子数を算出することもできる。総電子数の算出方法については、後述する。
The total electron
モデル値算出部34は、上述したようなIRIモデルやGallagherモデル等の電離層電子密度モデル関数に基づき総電子数モデル値を算出する。
The model
乱数発生部36は、乱数を発生させる。
The
周波数間バイアス推定部35は、総電子数算出部33により算出された総電子数とモデル値算出部34により算出された総電子数モデル値に基づき周波数間バイアスを算出し、乱数発生部36により発生した乱数に基づき周波数間バイアスが有する受信機依存周波数間バイアスと衛星依存周波数間バイアスとを仮に決定する。さらに、周波数間バイアス推定部36は、予め精密に測量された位置に基づく位置情報と、仮に決定された受信機依存周波数間バイアスと衛星依存周波数間バイアスとに基づき位置を測位して得られた位置情報との誤差が最も小さい場合に、仮に決定された受信機依存周波数間バイアスと衛星依存周波数間バイアスとを真の値であると推定する。
The inter-frequency
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。なお、電離層がダイナミックに変化するような時間帯であると推定がより複雑になるため、本実施例において、周波数間バイアス推定装置は、ローカル時間の深夜2時頃に測定したデータを用いるものとする。図3は、本実施例の周波数間バイアス推定装置32の動作を示すフローチャート図である。まず、モデル値算出部34は、電離層電子密度モデル関数に基づき総電子数モデル値を算出する(ステップS101)。ここで、電離層電子密度モデル関数をfとすると、通過経路の総電子数モデル値は、通過経路の電子密度を積分することにより求められる。
(1)式は、衛星Mgから受信観測点Rまでに渡り、電離層電子密度関数fを経路に沿って積分した結果を示す。ここで、sは、位置を示すパラメータである。また、gは、衛星を識別する識別子である。TECg trueは、通過経路における真の総電子数を示す。Δmodelは、電離層密度分布モデルに含まれる誤差を示す。 Equation (1) shows the result of integrating the ionospheric electron density function f along the path from the satellite Mg to the reception observation point R. Here, s is a parameter indicating the position. G is an identifier for identifying a satellite. TEC g true indicates the true total number of electrons in the passage path. Δ model indicates an error included in the ionosphere density distribution model.
モデル値算出部34は、算出した総電子数モデル値を周波数間バイアス推定部35に出力する。
The model
次に、総電子数算出部33は、1以上の受信機の各々から複数の測位衛星の各々に対する擬似距離に基づき衛星信号の通過経路の総電子数を算出する(ステップS103)。ここでは、測位衛星10aと衛星信号受信機24との間の擬似距離について考える。衛星信号通過経路のTECは、測位衛星10aから送信される衛星信号(ここではL1とL2で示す)に基づき求められる。まず、擬似距離(コード距離、シュードレンジ)と位相距離(フェーズ距離)は、以下のように表すことができる。
ここで、ρは、擬似距離を示す。また、Φは、位相距離を示す。rは、真の距離を示す。cは光速である。また、δtuは、受信機時刻誤差を示し、δtsは、衛星時刻誤差を示す。なお、本実施例において、右下の添え字は基本的に地上(受信機等)に関連する項を示し、右上の添え字は基本的に上空(衛星等)に関連する項を示す。δtu、L1orL2 biasは、受信機周波数依存ハードウェア依存バイアスを示し、δts L1orL2 biasは、衛星周波数依存ハードウェア依存バイアスを示す。さらに、Iは、電離層伝搬遅延量を示し、Tは、対流圏伝搬遅延量を示す。Nambは、整数不確定値を示し、εは、観測誤差を示す。 Here, ρ represents a pseudo distance. Φ represents a phase distance. r indicates the true distance. c is the speed of light. Further, δt u indicates a receiver time error, and δt s indicates a satellite time error. In this embodiment, the lower right subscript basically indicates a term related to the ground (receiver or the like), and the upper right subscript basically indicates a term related to the sky (satellite or the like). δtu, L1orL2 bias indicates a receiver frequency dependent hardware dependent bias, and δt s L1orL2 bias indicates a satellite frequency dependent hardware dependent bias. Further, I represents the ionospheric propagation delay amount, and T represents the tropospheric propagation delay amount. N amb represents an integer uncertain value, and ε represents an observation error.
総電子数算出部33は、2つの周波数の観測値の差をとることにより、TECを求めることができる。
ここで、fは周波数である。また、λは波長を示す。Δbiasは、周波数間バイアスを示す。また、Δ´biasは、位相についてのバイアスである。 Here, f is a frequency. Λ represents a wavelength. Δbias indicates an inter-frequency bias. Δ ′ bias is a bias with respect to the phase.
(4)式より、TECは、次式のように求められる。
ここで、TECtrueは、真の総電子数を示す。(6)式に示すTECの推定値は、バイアスに関連した項を含む。このままでは誤差ε´の値が大きいため、総電子数算出部33は、キャリアスムージングを実施して誤差ε´の値を小さくする。キャリアスムージングとは、ノイズを多く含む擬似距離に精密な搬送波差分を適用し、ノイズの低減を図るものである。キャリアスムージング後のTECを<TEC>と表すものとすると、<TEC>は、以下の式により求められる。
ここで、mは、データ収集の時間順につけた番号である。また、Kは、スムージングの定数であり、適宜変更できるものとする。Kは、サンプリング時間間隔にも依存する。例えば、時定数を180秒にすると、K=180/dtとなる。dtは、サンプリング時間間隔を表す。<Δbias>は、1ヶ月程度の期間一定であると仮定し、データ収集期間中一定であるものとする。したがって、<Δbias>は、添え字mを必要としない。 Here, m is a number assigned in order of data collection time. K is a smoothing constant and can be changed as appropriate. K also depends on the sampling time interval. For example, if the time constant is 180 seconds, K = 180 / dt. dt represents a sampling time interval. < Δbias > is assumed to be constant for a period of about one month, and is assumed to be constant during the data collection period. Therefore, <Δ bias > does not require the subscript m.
総電子数算出部33は、算出した総電子数を周波数間バイアス推定部35に出力する。
The total electron
次に、周波数間バイアス推定部35は、総電子数算出部33により算出された総電子数とモデル値算出部34により算出された総電子数モデル値に基づき周波数間バイアスを算出する。まず周波数間バイアス推定部35は、衛星観測のデータに基づき(8)式を用いて総電子数算出部33により求められた総電子数と、(1)式を用いてモデル値算出部34により求められた総電子数モデル値との差を求める(ステップS105)。
(1)式で用いたような既存の電離層電子密度モデルは、月平均では観測値とよい一致を示す。そのため、(9)式のΔg,modelは、1ヶ月間のデータで平均することにより、ゼロに近い値となる。さらに、衛星や受信機の周波数間バイアスは、時間的変動が小さく、時定数を1ヶ月程度と考え、この間に収集したデータについては一定であるとする。1ヶ月間の平均操作を[]で表すとすると、(9)式に示す観測TECとモデルTECとの差は、以下のようになる。
ここで、dεは、平均後にも残る微小なモデル誤差を示す。本実施例において、dεは、ゼロであるものとする。衛星依存周波数間バイアスと受信機依存周波数間バイアスとの間に相関は無いと考えられる。したがって、観測TECとモデルTECとの差は、(10)式に示すように2つの独立した項にまとめることができる。Bgは、衛星gに関するバイアスを示し、BRは、受信機に関するバイアスを示す。受信機依存周波数間バイアスと衛星gのバイアスとが、(10)式により求められる。したがって、受信機のバイアスが決まれば、各衛星のバイアスが決まる。 Here, dε represents a minute model error remaining after averaging. In this embodiment, it is assumed that dε is zero. It is considered that there is no correlation between the satellite dependent frequency bias and the receiver dependent frequency bias. Therefore, the difference between the observed TEC and the model TEC can be summarized into two independent terms as shown in equation (10). B g denotes the bias about the satellite g, B R denotes a bias about the receiver. The receiver-dependent frequency bias and the bias of the satellite g are obtained by the equation (10). Therefore, if the receiver bias is determined, the bias of each satellite is determined.
(10)式は、1観測地点・観測時刻に対して、衛星数と同数できる。ここで、衛星数をNsatとすると、未知数は、観測場所受信機のバイアスを含む(Nsat+1)個ある。したがって、単純に連立方程式により解を求めることはできない。 Equation (10) can be equal to the number of satellites for one observation point / observation time. Here, when the number of satellites is N sat , there are (N sat +1) unknowns including the bias of the observation place receiver. Therefore, a solution cannot be obtained simply by simultaneous equations.
そこで、周波数間バイアス推定部35は、(10)式の受信機に関連した項を、乱数発生部36により発生した乱数により仮に決定する(ステップS107)。さらに、周波数間バイアス推定部35は、受信機依存周波数間バイアスを仮に決定したので、(10)式より衛星に関するバイアス成分を決定することができる。
Therefore, the inter-frequency
次に、決定したバイアス値に基づき測位が行われる(ステップS109)。測位を行う主体は、測位衛星10a、測位衛星10b、測位衛星10c、及び衛星信号処理系20からなる測位システムであり、特に衛星信号処理装置26である。ただし、周波数間バイアス推定装置32が測位を行う構成でもよい。測位場所の真値をX0とする。X0は、あらかじめ精密に測量されている。この真値X0に対して、仮に決定したバイアス値に基づいた測位の誤差をΔXとする。衛星と受信機との距離の誤差であるΔRは、以下の式のように表せる。
ここで、(13)式の<ρ>は、(8)式のように、キャリアスムージングを行った後の擬似距離を示す。(11)式において、rR ephは、精密に測量された場所X0と衛星の位置から計算された幾何学的距離を示す。この衛星の位置は、IGSより提供されるGPS位置データや衛星放送エフェメリスデータから計算されるGPS位置データである。また、Test gは、対流圏遅延量推定値を示す。この対流圏遅延量を推定するに際し、対流圏遅延量モデルが使用されている。<IL1,est g>は、電離層遅延量推定値を示す。また、ΔtR,clockは、受信機のクロックオフセットを示す。衛星のクロックオフセット(Δts,clock)は、衛星放送エフェメリスデータにより補正されている。この電離層遅延量推定値<IL1,est g>は、バイアスを含む。受信機で生じるバイアスは、各衛星共通であるため、受信機のクロックオフセットと同じ影響を持ち、測位位置誤差に影響を与えない。 Here, <ρ> in equation (13) indicates a pseudo distance after performing carrier smoothing as in equation (8). In the equation (11), r R eph represents a geometric distance calculated from a precisely surveyed location X 0 and the position of the satellite. This satellite position is GPS position data calculated from GPS position data or satellite broadcast ephemeris data provided by IGS. Also, T est g indicates a tropospheric delay amount estimated value. In estimating the tropospheric delay amount, a tropospheric delay amount model is used. <I L1, est g > indicates an ionospheric delay amount estimated value. Δt R, clock indicates a clock offset of the receiver. The satellite clock offset (Δt s, clock ) is corrected by satellite broadcast ephemeris data. The ionospheric delay estimate <I L1, est g> includes a bias. Since the bias generated in the receiver is common to each satellite, it has the same effect as the clock offset of the receiver and does not affect the positioning position error.
(11)式に示す距離誤差ΔRと測位誤差ΔXとの関係は、以下のように示される。
ここで、Aは、精密に測量された場所X0から衛星までの方向ベクトルを要素とする行列である。(l,m,n)が方向ベクトルを示す。添え字は、衛星番号を示す。したがって、(17)式(18)式において、衛星は、N個存在する。測位位置に関して、ΔXは、最小二乗法等により求められる。(19)式は、最小二乗法を用いた計算例である。ΔXの4番目の項は、受信機クロックオフセットに関連した項である。この項は、(11)式の2番目の括弧内の項に関係するため、(11)式の2番目の括弧内の項が反映されたものとなっていて、測位位置に影響しない。(11)式の1番目の項は、測位位置誤差に影響を与える。衛星依存周波数間バイアスの推定値が正しければ、ΔXの位置に関する1〜3番目の項の大きさ(誤差)は、小さくなる。 Here, A is a matrix and the direction vector elements from location X 0, which is precisely surveyed to the satellite. (L, m, n) represents a direction vector. The subscript indicates the satellite number. Therefore, in the equations (17) and (18), there are N satellites. Regarding the positioning position, ΔX is obtained by the least square method or the like. Equation (19) is a calculation example using the least square method. The fourth term of ΔX is related to the receiver clock offset. Since this term is related to the term in the second parenthesis of equation (11), the term in the second parenthesis of equation (11) is reflected and does not affect the positioning position. The first term in equation (11) affects the positioning position error. If the estimated value of the inter-satellite-dependent frequency bias is correct, the magnitude (error) of the first to third terms related to the position of ΔX becomes smaller.
(10)式の受信機に関連した項を、乱数により決定することで、衛星依存周波数間バイアス値が仮に決定される。ここで、乱数により決定した受信機依存周波数間バイアスをBR,randとすると、仮に決定した衛星依存周波数間バイアス値Bcand gは、以下の式により求められる。
したがって、BR,randと、(20)式により求められたBcand gとを(11)式に代入することで、擬似距離誤差ΔRは、以下のようになる。
ここで、(21)式の1番目の括弧内にある衛星バイアス分が真の値に近い場合に、ΔXの位置誤差に関する大きさは、最小になる。ΔXの位置誤差Perrは、例えば位置誤差のデカルト座標成分から以下のように表すことができる。
周波数間バイアス推定部35は、乱数発生部36により発生した乱数に基づき仮の受信機依存周波数間バイアスBR,randを決定する。このBR,randが変わる度に(22)式の位置誤差Perrは、変化する。Perrが最小の値をとる場合に、周波数間バイアス推定部35は、その際の受信機依存周波数間バイアスBR,randを真の値であると推定する(ステップS111)。さらに、真の値であると推定されたBR,randに基づき、衛星依存周波数間バイアスBest gは、(20)式を用いて算出される(ステップS113)。
The inter-frequency
乱数で推定値を最後まで求めることは、効率が悪い。そこで、周波数間バイアス推定部35は、予め測量された位置に基づく位置情報と、仮に決定された受信機依存周波数間バイアスと衛星依存周波数間バイアスとに基づき位置を測位して得られた位置情報との誤差の変化率に基づき受信機依存周波数間バイアスと衛星依存周波数間バイアスとを推定する。具体的には、乱数発生部36により発生した乱数に基づき、周波数間バイアス推定部35は、受信機依存周波数間バイアスをk回生成(BR,1,・・・,BR,k)し、測位位置誤差(Perr1,・・・,Perrk)を求める。さらに、周波数間バイアス推定部35は、受信機に関連した項の変化率に対する測位位置誤差Perrの変化率を計算する。
(23)式により、BRに対する測位位置誤差Perrの変化率ηkが求められる。このηkに基づき、受信機依存周波数間バイアスBR,estは、以下のように求められる。 By (23), the change rate eta k measured position error Perr for B R is obtained. Based on this η k , the receiver-dependent frequency-to-frequency bias BR, est is obtained as follows.
まず、ηkの符号が、(BR,1,・・・,BR,k)の範囲で全てプラス又はマイナスである場合、BR,estは、以下のようになる。
周波数間バイアス推定部35は、(24)式により求められたBR,estを真の受信機依存周波数間バイアスとして推定する。さらに詳細に受信機のバイアス値を求める場合には、周波数間バイアス推定部35は、(24)式により求められたBR,estの値の近辺で、再度乱数で受信機に関連した項(BR,1,・・・,BR,k)を求め、(23)式を計算する。
The
次に、ηkの符号が、(BR,1,・・・,BR,k)の範囲内でマイナスからプラスに変化する場合、位置誤差Perrの最小値は、符号が変わった近辺に存在する。そこで、符号がかわる 前後のBR,kを、BR,k−、BR,k+とすると、求める受信機依存周波数間バイアスの推定値BR,estは、以下のように求められる。
ここで、ηk+、ηk−は、それぞれ、プラス符号を持つBR,k+における変化率とマイナス符号を持つBR,k−の変化率を示す。 Here, η k + and η k− indicate the rate of change of BR , k + having a plus sign and the rate of change of BR, k− having a minus sign, respectively.
また、単純に中間値を推定値とする方法もある。その場合、受信機依存周波数間バイアスの推定値BR,estは、以下のように求められる。
上述したような方法により、受信機依存周波数間バイアスの推定値BR,estが求められると、(10)式の関係により、各衛星の衛星依存周波数間バイアスBR,est gは、以下のようにして求められる。
以上のように求められた周波数間バイアスは、特定の受信機Rにおいて計算した受信機依存周波数間バイアスの推定値BR,estと各衛星の衛星依存周波数間バイアスBR,est gである。したがって、この推定結果は、観測地点の地形によるマルチパスの影響などの影響を含む可能性がある。 The inter-frequency bias obtained as described above is an estimated value B R, est of the receiver-dependent inter-frequency bias calculated in the specific receiver R and the satellite-dependent inter-frequency bias B R, est g of each satellite. Therefore, this estimation result may include effects such as multipath effects due to the terrain of the observation point.
そこで、その影響を小さくするため、周波数間バイアス推定部35は、測位システムが受信機(図1における衛星信号処理系20)を複数有する場合に、複数の受信機の各々で得られた位置情報に基づき1つの測位衛星に対して得られた複数の衛星依存周波数間バイアスを平均化することにより衛星依存周波数間バイアスを推定する。具体的には、衛星依存周波数間バイアスの平均値Best gは、以下の式により求められる。
ここで、Wは処理を行った受信機の数を示している。以上のようにして、周波数間バイアス推定装置32は、周波数間バイアス(受信機依存周波数間バイアス及び衛星依存周波数間バイアス)を求めることができる。また、以上述べた動作は、周波数間バイアス推定方法に適用可能である。
Here, W indicates the number of receivers that have performed processing. As described above, the inter-frequency
上述のとおり、本発明の実施例1の形態に係る周波数間バイアス推定装置によれば、乱数に基づき受信機依存周波数間バイアス及び衛星依存周波数間バイアスを決定するので、単純に連立方程式により求めることのできない周波数間バイアスを推定することができる。 As described above, according to the inter-frequency bias estimation apparatus according to the first embodiment of the present invention, the receiver-dependent inter-frequency bias and the satellite-dependent inter-frequency bias are determined based on random numbers. Can be estimated.
また、予め精密に測量された位置に基づく位置情報と、仮に決定された受信機依存周波数間バイアスと衛星依存周波数間バイアスとに基づき位置を測位して得られた位置情報との誤差が最も小さい場合に、仮に決定された受信機依存周波数間バイアスと衛星依存周波数間バイアスとを真の値であると推定するので、衛星に起因する周波数間バイアス及び受信機に起因する周波数間バイアスを精度よく推定することができる。 In addition, the error between the position information based on the position measured precisely in advance, and the position information obtained by positioning the position based on the receiver-dependent inter-frequency bias and the satellite-dependent inter-frequency bias is the smallest. In this case, since it is estimated that the receiver-dependent inter-frequency bias and the satellite-dependent inter-frequency bias determined to be true values, the inter-frequency bias caused by the satellite and the inter-frequency bias caused by the receiver are accurately determined. Can be estimated.
さらに、精度良く推定された受信機依存周波数間バイアスと衛星依存周波数間バイアスとに基づき、電離層総電子数推定精度を向上し、GPS等の測位システムにおける測位精度や電離層モデルの改善に寄与することができる。また、HF帯等の周波数の伝搬経路を算出する際に使用する電離層モデルの精度を向上させることができ、より有効な通信を可能にすることができる。また、衛星を使った航法の向上が可能である。 Furthermore, based on the accurately estimated receiver-dependent inter-frequency bias and satellite-dependent inter-frequency bias, the ionospheric total electron count estimation accuracy should be improved, contributing to the improvement of positioning accuracy and ionospheric models in GPS and other positioning systems. Can do. In addition, the accuracy of the ionosphere model used when calculating the propagation path of the frequency such as the HF band can be improved, and more effective communication can be enabled. It is also possible to improve navigation using satellites.
本発明に係る周波数間バイアス推定装置は、測位衛星から送信される衛星信号を利用して測位を行うGPS等の測位システムに利用可能である。 The inter-frequency bias estimation apparatus according to the present invention can be used in a positioning system such as GPS that performs positioning using satellite signals transmitted from positioning satellites.
10a、10b、10c 測位衛星
20 衛星信号処理系
22 アンテナ
24 衛星信号受信機
26 衛星信号処理装置
30 電離層TEC・バイアス推定処理系
32 周波数間バイアス推定装置
33 総電子数算出部
34 モデル値算出部
35 周波数間バイアス推定部
36 乱数発生部
40 インターネットデータ処理系
42 ルータ
44 GEONET収集データ処理装置
46 外部インターネット網
50 通信回線
10a, 10b,
Claims (4)
前記1以上の受信機の各々から前記複数の測位衛星の各々に対する擬似距離に基づき前記衛星信号の通過経路の総電子数を算出する総電子数算出部と、
電離層電子密度モデル関数に基づき総電子数モデル値を算出するモデル値算出部と、
乱数を発生させる乱数発生部と、
前記総電子数算出部により算出された総電子数と前記モデル値算出部により算出された総電子数モデル値に基づき周波数間バイアスを算出し、前記乱数発生部により発生した乱数に基づき前記周波数間バイアスが有する受信機依存周波数間バイアスと衛星依存周波数間バイアスとを仮に決定し、予め測量された位置に基づく位置情報と、仮に決定された前記受信機依存周波数間バイアスと前記衛星依存周波数間バイアスとに基づき前記位置を測位して得られた位置情報との誤差が最も小さい場合に、仮に決定された前記受信機依存周波数間バイアスと前記衛星依存周波数間バイアスとを真の値であると推定する周波数間バイアス推定部と、
を備えることを特徴とする周波数間バイアス推定装置。 An inter-frequency bias estimation apparatus that uses a positioning system that has one or more receivers that receive satellite signals transmitted from a plurality of positioning satellites and obtains position information using positioning information included in the satellite signals. ,
A total electron number calculation unit for calculating the total number of electrons in the passage path of the satellite signal based on a pseudorange from each of the one or more receivers to each of the plurality of positioning satellites;
A model value calculation unit for calculating a total electron number model value based on an ionosphere electron density model function;
A random number generator for generating random numbers;
The inter-frequency bias is calculated based on the total electron number calculated by the total electron number calculating unit and the total electron number model value calculated by the model value calculating unit, and between the frequencies based on the random number generated by the random number generating unit. The receiver-dependent frequency bias and the satellite-dependent frequency bias included in the bias are provisionally determined, position information based on the position measured in advance, and the receiver-dependent frequency bias and the satellite-dependent frequency bias that are provisionally determined. When the error from the position information obtained by positioning the position based on the above is the smallest, the receiver-dependent inter-frequency bias and the satellite-dependent inter-frequency bias are estimated to be true values. An inter-frequency bias estimator to perform,
An inter-frequency bias estimation apparatus comprising:
前記1以上の受信機の各々から前記複数の測位衛星の各々に対する擬似距離に基づき前記衛星信号の通過経路の総電子数を算出する総電子数算出ステップと、
電離層電子密度モデル関数に基づき総電子数モデル値を算出するモデル値算出ステップと、
乱数を発生させる乱数発生ステップと、
前記総電子数算出ステップにより算出された総電子数と前記モデル値算出ステップにより算出された総電子数モデル値に基づき周波数間バイアスを算出し、前記乱数発生ステップにより発生した乱数に基づき前記周波数間バイアスが有する受信機依存周波数間バイアスと衛星依存周波数間バイアスとを仮に決定し、予め測量された位置に基づく位置情報と、仮に決定された前記受信機依存周波数間バイアスと前記衛星依存周波数間バイアスとに基づき前記位置を測位して得られた位置情報との誤差が最も小さい場合に、仮に決定された前記受信機依存周波数間バイアスと前記衛星依存周波数間バイアスとを真の値であると推定する周波数間バイアス推定ステップと、
を備えることを特徴とする周波数間バイアス推定方法。 An inter-frequency bias estimation method using a positioning system that has one or more receivers that receive satellite signals transmitted from a plurality of positioning satellites and obtains position information using positioning information included in the satellite signals. ,
A total electron number calculating step of calculating a total number of electrons of a passage path of the satellite signal based on a pseudo distance from each of the one or more receivers to each of the plurality of positioning satellites;
A model value calculating step for calculating a total electron number model value based on an ionospheric electron density model function;
A random number generation step for generating a random number;
The inter-frequency bias is calculated based on the total electron number calculated by the total electron number calculating step and the total electron number model value calculated by the model value calculating step, and between the frequencies based on the random number generated by the random number generating step. The receiver-dependent frequency bias and the satellite-dependent frequency bias included in the bias are provisionally determined, position information based on the position measured in advance, and the receiver-dependent frequency bias and the satellite-dependent frequency bias that are provisionally determined. When the error from the position information obtained by positioning the position based on the above is the smallest, the receiver-dependent inter-frequency bias and the satellite-dependent inter-frequency bias are estimated to be true values. An inter-frequency bias estimation step,
An inter-frequency bias estimation method comprising:
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101480902B1 (en) | 2013-12-27 | 2015-01-14 | 한국 천문 연구원 | Interpolation method for preparing GPS ionospheric total electron content map in order to reduce GPS positioning error |
JP2016102803A (en) * | 2016-01-08 | 2016-06-02 | 三菱電機株式会社 | Transmitter and positioning device |
WO2018146876A1 (en) * | 2017-02-10 | 2018-08-16 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Method, device and server for estimation of ifb calibration value |
CN110764123A (en) * | 2019-11-22 | 2020-02-07 | 中国科学院上海天文台 | Pseudo-range positioning improvement method based on GLONASS broadcast ephemeris |
CN111090109A (en) * | 2019-12-27 | 2020-05-01 | 中国航天科工集团八五一一研究所 | Satellite-borne frequency difference extraction compensation method for rapid frequency difference change |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101477025B1 (en) * | 2014-04-11 | 2014-12-29 | 한국 천문 연구원 | Hardware bias estimation apparatus, system and method for estimating hardware bias |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003043128A (en) * | 2001-08-02 | 2003-02-13 | Communication Research Laboratory | Method and apparatus for measuring positioning satellite receiver bias |
WO2005093454A1 (en) * | 2004-03-12 | 2005-10-06 | Navcom Technology, Inc. | Method for back-up dual-frequency navigation during brief periods when measurement data is unavailable on one of two frequencies |
JP2006023144A (en) * | 2004-07-07 | 2006-01-26 | Nec Corp | Apparatus and method for calculating bias between frequencies |
JP2007187592A (en) * | 2006-01-16 | 2007-07-26 | Furuno Electric Co Ltd | Positioning calculation device and calculating method for delay amount in ionized layer |
JP2007333527A (en) * | 2006-06-14 | 2007-12-27 | Toshiba Corp | Ionosphere model compensation method |
JP2008122099A (en) * | 2006-11-08 | 2008-05-29 | Toshiba Corp | Ionosphere electron density computing apparatus |
JP2008122100A (en) * | 2006-11-08 | 2008-05-29 | Toshiba Corp | Ionosphere electron density computing apparatus |
-
2007
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003043128A (en) * | 2001-08-02 | 2003-02-13 | Communication Research Laboratory | Method and apparatus for measuring positioning satellite receiver bias |
WO2005093454A1 (en) * | 2004-03-12 | 2005-10-06 | Navcom Technology, Inc. | Method for back-up dual-frequency navigation during brief periods when measurement data is unavailable on one of two frequencies |
JP2006023144A (en) * | 2004-07-07 | 2006-01-26 | Nec Corp | Apparatus and method for calculating bias between frequencies |
JP2007187592A (en) * | 2006-01-16 | 2007-07-26 | Furuno Electric Co Ltd | Positioning calculation device and calculating method for delay amount in ionized layer |
JP2007333527A (en) * | 2006-06-14 | 2007-12-27 | Toshiba Corp | Ionosphere model compensation method |
JP2008122099A (en) * | 2006-11-08 | 2008-05-29 | Toshiba Corp | Ionosphere electron density computing apparatus |
JP2008122100A (en) * | 2006-11-08 | 2008-05-29 | Toshiba Corp | Ionosphere electron density computing apparatus |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101480902B1 (en) | 2013-12-27 | 2015-01-14 | 한국 천문 연구원 | Interpolation method for preparing GPS ionospheric total electron content map in order to reduce GPS positioning error |
JP2016102803A (en) * | 2016-01-08 | 2016-06-02 | 三菱電機株式会社 | Transmitter and positioning device |
WO2018146876A1 (en) * | 2017-02-10 | 2018-08-16 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Method, device and server for estimation of ifb calibration value |
JPWO2018146876A1 (en) * | 2017-02-10 | 2019-11-21 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | IFB correction value estimation method, apparatus and server |
CN110764123A (en) * | 2019-11-22 | 2020-02-07 | 中国科学院上海天文台 | Pseudo-range positioning improvement method based on GLONASS broadcast ephemeris |
CN110764123B (en) * | 2019-11-22 | 2023-03-31 | 中国科学院上海天文台 | Pseudo-range positioning improvement method based on GLONASS broadcast ephemeris |
CN111090109A (en) * | 2019-12-27 | 2020-05-01 | 中国航天科工集团八五一一研究所 | Satellite-borne frequency difference extraction compensation method for rapid frequency difference change |
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