JP2008249427A - Positioning device for moving body, and positioning method for moving body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マルチパス発生時にも精度良く測位できる移動体用測位装置及び移動体用測位方法に関する。 The present invention relates to a moving body positioning device and a moving body positioning method that can perform positioning accurately even when multipath occurs.
従来から、GPS衛星から受信した信号に係るPNコードの位相を検出しこの位相を用いてGPS衛星からの擬似距離を求める手段と、GPS衛星から受信したキャリアに含まれるドップラ成分を所定時点から積算することにより当該時点からの擬似距離の変化量を求める手段と、求められた変化量に基づき擬似距離を補正する手段と、補正された擬似距離を用いて搭載に係る移動体又は携帯に係る使用者の位置を求める手段と、を備えることを特徴とするGPS受信機が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上述の特許文献1に記載の技術では、いわゆるキャリアスムージングを行う測位方法を採用しているが、マルチパス(多重経路で伝播する電波を受信)が発生した場合には、PNコードの位相から求める擬似距離の精度は、キャリアスムージングを行ったとしても悪くなる。
However, in the technique described in
そこで、本発明は、マルチパス発生時にも精度良く測位できる移動体用測位装置及び移動体用測位方法の提供を目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a moving body positioning device and a moving body positioning method that can perform positioning accurately even when multipath occurs.
上記目的を達成するため、第1の発明は、衛星からの衛星電波を移動体で受信して、該移動体の位置を測位する移動体用測位装置において、
衛星電波に乗せられた信号のコード位相に基づいて該衛星と移動体との間の擬似距離を算出する擬似距離算出手段と、
衛星と移動体との間の距離の初期値に、衛星電波の観測値から求まる衛星と移動体の間の距離の変化量(以下、距離変化量という)を積算して、衛星と移動体との間の距離を算出する衛星移動体間距離算出手段と、
前記擬似距離算出手段による第1距離算出モードと前記衛星移動体間距離算出手段による第2距離算出モードとを切り替えるモード切替手段と、
衛星電波の直接波とその反射波とからなる合成波の受信を検出する合成波検出手段とを備え、
前記モード切替手段は、前記合成波検出手段により前記合成波の受信が検出された場合に、前記第1距離算出モードから前記第2距離算出モードに切り替えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the first invention provides a positioning device for a mobile unit that receives satellite radio waves from a satellite by a mobile unit and measures the position of the mobile unit.
A pseudo-range calculating means for calculating a pseudo-range between the satellite and the moving body based on the code phase of the signal carried on the satellite radio wave;
The initial value of the distance between the satellite and the moving object is multiplied by the amount of change in the distance between the satellite and the moving object (hereinafter referred to as the distance change amount) obtained from the observation value of the satellite radio wave. A distance calculating means for calculating a distance between the satellite moving bodies;
Mode switching means for switching between a first distance calculation mode by the pseudo distance calculation means and a second distance calculation mode by the inter-satellite moving distance calculation means;
A synthetic wave detecting means for detecting reception of a synthetic wave composed of a direct wave of a satellite radio wave and a reflected wave thereof;
The mode switching means switches from the first distance calculation mode to the second distance calculation mode when reception of the synthesized wave is detected by the synthesized wave detecting means.
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、
前記衛星移動体間距離算出手段は、前記合成波の受信が検出される前に前記擬似距離算出手段により算出された擬似距離を、前記初期値として用いることを特徴とする。前記合成波の受信が検出される前とは、好ましくは、直接波のみの受信状態から合成波の受信状態に変化する直前(直近の観測周期)を指す。
2nd invention is the positioning apparatus for moving bodies which concerns on 1st invention,
The inter-satellite moving body distance calculating means uses the pseudo distance calculated by the pseudo distance calculating means before the reception of the combined wave is detected as the initial value. The term “before the reception of the composite wave” is preferably the time immediately before the reception state of only the direct wave changes to the reception state of the composite wave (the latest observation period).
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、
前記衛星移動体間距離算出手段は、前記合成波の受信が検出される初回の周期では、前記距離変化量を、衛星電波のドップラ周波数の観測値に基づいて算出する一方、初回の周期後の所定周期からは、前記距離変化量を、各周期で前記擬似距離算出手段により算出される各擬似距離の差分値として算出することを特徴とする。所定周期は、初回の周期の直ぐ次の周期であってもよいし、初回の周期から複数周期後の周期であってもよいし、周期間の間隔や、ドップラ周波数の観測値に含まれるバイアス成分に起因した誤差の蓄積態様を勘案して決定されてよい。
3rd invention is the positioning apparatus for moving bodies based on 1st invention,
The inter-satellite moving distance calculating means calculates the distance change amount based on the observed value of the Doppler frequency of the satellite radio wave in the first period in which the reception of the composite wave is detected, while From the predetermined period, the distance change amount is calculated as a difference value of each pseudo distance calculated by the pseudo distance calculating means in each period. The predetermined period may be a period immediately after the initial period, or may be a period after a plurality of periods from the initial period, or may be an interval between periods or a bias included in an observed value of the Doppler frequency. It may be determined in consideration of an accumulation mode of errors caused by components.
第4の発明は、衛星からの衛星電波を移動体で受信して、該移動体の位置を測位する移動体用測位方法において、
衛星電波に乗せられた信号のコード位相に基づいて該衛星と移動体との間の擬似距離を算出する擬似距離算出段階と、
衛星と移動体との間の距離の初期値に、衛星電波の観測値から求まる衛星と移動体の間の距離の変化量(以下、距離変化量という)を積算して、衛星と移動体との間の距離を算出する衛星移動体間距離算出段階と、
衛星電波の直接波とその反射波とからなる合成波の受信を所定周期毎に検出する合成波検出段階と、
前記合成波検出段階で前記合成波の受信が検出された場合に、前記衛星移動体間距離算出段階で算出された衛星移動体間距離を用いて、移動体の位置を測位する段階とを備えることを特徴とする。
4th invention is the positioning method for mobile bodies which receives the satellite radio wave from a satellite by a mobile body, and measures the position of this mobile body,
A pseudo-range calculation step for calculating a pseudo-range between the satellite and the moving body based on the code phase of the signal carried on the satellite radio wave;
The initial value of the distance between the satellite and the moving object is multiplied by the amount of change in the distance between the satellite and the moving object (hereinafter referred to as the distance change amount) obtained from the observation value of the satellite radio wave. A distance calculation step between satellite moving bodies for calculating the distance between
A combined wave detection stage for detecting reception of a combined wave composed of a direct wave of a satellite radio wave and a reflected wave thereof at a predetermined period;
A step of positioning the position of the moving body using the inter-satellite moving body distance calculated in the satellite moving body distance calculating step when reception of the combined wave is detected in the synthetic wave detecting stage. It is characterized by that.
第5の発明は、第4の発明に係る移動体用測位方法において、
前記衛星移動体間距離算出段階では、前記合成波検出段階で前記合成波の受信が検出される周期以前に前記擬似距離算出段階で算出された擬似距離を、前記初期値として用いることを特徴とする。
5th invention is the positioning method for moving bodies which concerns on 4th invention,
In the distance calculation step between the satellite mobile bodies, the pseudo distance calculated in the pseudo distance calculation step before the period in which the reception of the synthetic wave is detected in the synthetic wave detection step is used as the initial value. To do.
第6の発明は、第4の発明に係る移動体用測位方法において、
前記合成波検出段階で前記合成波の受信が連続した周期で検出された場合に、前記衛星移動体間距離算出段階において、前記合成波の受信が検出された初回の周期では、前記距離変化量を、衛星電波のドップラ周波数の観測値に基づいて算出する一方、初回の周期後の所定周期からは、前記距離変化量を、前記擬似距離算出段階の各周期で算出される各擬似距離の差分値として算出することを特徴とする。
6th invention is the positioning method for moving bodies which concerns on 4th invention,
When reception of the composite wave is detected in a continuous cycle in the composite wave detection step, in the initial cycle in which reception of the composite wave is detected in the inter-satellite mobile unit distance calculation step, the distance change amount Is calculated on the basis of the observed value of the Doppler frequency of the satellite radio wave, while the difference in the pseudo distance calculated in each period of the pseudo distance calculation stage from the predetermined period after the first period is calculated. It is calculated as a value.
本発明によれば、マルチパス発生時にも精度良く測位できる移動体用測位装置及び移動体用測位方法が得られる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the positioning apparatus for moving bodies and the positioning method for moving bodies which can be measured with sufficient precision at the time of multipath generation are 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。尚、車両90は、あくまで移動体の一例であり、その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等がありうる。
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衛星10は、航法メッセージ(衛星信号)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
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
車両90には、移動体用測位装置としてのGPS受信機20が搭載される。
The
図2は、GPS受信機20の主要構成の一例を示すブロック図である。図3は、GPS受信機20のDLL203の主要構成の一例を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a main configuration of the
ここでは、主に、観測可能な複数のGPS衛星10のうちのGPS衛星10jからの衛星信号に関するGPS受信機20の信号処理について代表して説明する。GPS衛星10jからの衛星信号に関する信号処理は、他のGPS衛星10からの衛星信号に関する信号処理と実質的に同じである。実際には、以下で説明する衛星信号に関する信号処理は、観測可能な各GPS衛星からの衛星信号に対して並列的(同時)に実行されることになる。
Here, the signal processing of the
GPS受信機20は、図2に示すように、高周波回路201と、A/D(analog-to-digital)変換回路202と、DLL(Delay―Locked Loop)203と、PLL(Phase−Locked Loop)204と、フィルタ205と、マルチパス検出部206と、モード切替部208と、衛星位置算出部209と、衛星−車両間距離算出部212と、測位演算部214とを備える。
As shown in FIG. 2, the
A/D変換回路202は、高周波回路201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。
The A /
DLL203は、L1波のC/Aコードに対して、内部で発生させたレプリカC/AコードによりC/Aコード同期を行い、擬似距離ρ’jを算出するように構成されている。尚、符号の意味として、擬似距離ρj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、下付き文字「j」は、GPS衛星10jに関する値(ρ’j以外の値についても同様。)であることを示す。また、デジタルIF信号は、実際には、図示しないミキサにより、PLL204から供給されるレプリカキャリアが乗算されてから、DLL203に入力される。
The
具体的には、DLL203は、図3に示すように、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。
Specifically, as shown in FIG. 3, the
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10j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
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θjとする。
The replica C / A code generated by the replica C / A
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、PLL204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。
In addition, 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θj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θと大きさ同一で符号が異なる。
The cross-correlation calculating 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 j . 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
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、PLL204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
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−θ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LCA=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L(“スペーシング”とも称される)を2θ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
Late correlation value L CA = Σ {(digital IF) × (Late replica code)}
In this way, the
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 shift calculation unit 115 calculates the degree of phase shift between the digital IF signal and the replica C / A code generated by the replica C / A
(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
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
(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
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
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コードに基づいて、擬似距離ρ’jが、例えば以下の式により演算される。
ρ’j=NCA×300
ここで、NCAは、GPS衛星10j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’jを表す信号は、DLL203からフィルタ205に入力される。
The pseudo
ρ ′ j = N CA × 300
Here, N CA corresponds to the number of bits of the C / A code between the
図2に戻る。PLL204は、内部で発生させたキャリアレプリカ信号を用いて、受信搬送波(受信キャリア)との相関値演算を行うことにより、ドップラシフトした受信キャリアのドップラ周波数(ドップラ成分)Δfjを測定するように構成されている。尚、実際には、デジタルIF信号は、図示しないミキサにより、DLL203から供給されるレプリカC/Aコードが乗算されてから、PLL204に入力される。PLL204は、レプリカキャリアの周波数frと既知の搬送波周波数fL(1575.42MHz)に基づいて、ドップラ周波数Δfj(=fr−fL)を演算する。
Returning to FIG. The
フィルタ205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ρjが計算される。
In the
Δfj=ΔV・fL/(c−ΔV)
尚、上述のフィルタ205のフィルタ処理は、本分野で知られているキャリアスムージングと呼ばれる処理であり、上述のハッチフィルタを用いたフィルタ処理以外にも、例えばカルマンフィルタを用いても実現可能である。
Δf j = ΔV · f L / (c−ΔV)
Note that the filter processing of the above-described
マルチパス検出部206は、マルチパス(多重経路で伝播する電波を受信)の発生、即ち、衛星電波の直接波とその反射波とからなる合成波の受信を検出する。マルチパス検出部206によるマルチパス検出処理の周期は、上述の擬似距離の観測周期と同期される。
The
図4は、マルチパスが発生しない時刻t=t1での車両の状態と、マルチパスが発生する時刻t=t2での車両の状態とを模式的に示す図である。マルチパスは、主に車両周辺に存在する反射物(例えば高層の建物)等に起因して生ずる。マルチパスの発生の検出方法は、様々な方法が提案されており、任意の適切な方法が採用されてよい。例えば、DLL203で算出される擬似距離の時間変化が、マルチパスが発生した周期で異常に大きくなることを利用して、マルチパスの発生が検出されてもよい。或いは、搬送波の強度(電力)と雑音の強度(電力)の比であるC/Nが、マルチパスが発生した周期で減少することを利用して、マルチパスの発生が検出されてもよい。
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating the state of the vehicle at time t = t1 when the multipath does not occur and the state of the vehicle at time t = t2 when the multipath occurs. Multipath occurs mainly due to a reflector (eg, a high-rise building) existing around the vehicle. Various methods for detecting the occurrence of multipath have been proposed, and any appropriate method may be adopted. For example, the occurrence of multipath may be detected by utilizing the fact that the temporal change of the pseudo distance calculated by
図5は、マルチパスの発生の検出方法のその他の一例を示す図である。図5では、横軸にCAコードのコード位相が示され、縦軸に相関値が示されている。 FIG. 5 is a diagram illustrating another example of a method for detecting the occurrence of multipath. In FIG. 5, the horizontal axis represents the code phase of the CA code, and the vertical axis represents the correlation value.
マルチバスが発生していない状況では、GPS衛星10jから直接波だけが受信されることになるので、C/AコードとレプリカC/Aコードとの相関特性は、図5にて直接波の直線で示すように、相関ピーク値を中心とした左右対称となる。一方、マルチバスが発生した場合には、図5にて反射波の直線で示すように、直接波に係る相関ピーク値のコード位相からずれたコード位相で相関ピーク値を有する反射波が受信される。従って、マルチバスが発生した場合には、図5にて受信波の直線で示すような直接波と反射波の合成波が受信される。尚、図5に示す例では、反射波は上に凸の相関値特性を有しているが、下に凸の相関値特性を有する場合もある。いずれにしても、マルチバスが発生した場合には、受信波の相関値特性において、直接波に係る相関ピークが明瞭に現れなくなるので、相関ピーク値を取るコード位相を検出し難くなる。この結果、位相ずれ量Δφが大きく変化しうる。また、マルチバスが発生した場合には、受信波の相関ピーク値は、マルチバスが発生していない状況での相関ピーク値に対して大きく変化する。従って、マルチパス検出部206は、このような位相ずれ量Δφや相関ピーク値の変化態様を検出することで、マルチパスが発生したと判定してもよい。
In the situation where the multibus does not occur, only the direct wave is received from the
マルチパス検出部206は、マルチパスの発生を検出すると、モード切替部208に対して、通常モードからマルチパスモードへのモード切替指令を出力する。また、マルチパス検出部206は、マルチパスの発生を検出した後、マルチパスの発生が検出されなくなると、モード切替部208に対して、マルチパスモードから通常モードへのモード切替指令を出力する。尚、モード切替指令は、上述の擬似距離の観測周期と同期して、モード切替部208に供給される。
When the
モード切替部208は、マルチパス検出部206からのモード切替指令に応じて、通常モードとマルチパスモードとの間でモード選択を行う。モード切替部208によるモード切替周期は、観測周期と同期される。モード切替部208は、図6に示すように、マルチパス検出部206によりマルチパスの発生が検出された周期(ステップ700のYES)では、マルチパスモードを形成し(ステップ710)、マルチパス検出部206によりマルチパスの発生が検出されない周期(ステップ700のNO)では、通常モードを形成する(ステップ720)。通常モードが選択された場合には、フィルタ205からのフィルタ処理後の擬似距離ρjが後述の測位演算部214に出力される。マルチパスモードが選択された場合には、後述の衛星−車両間距離算出部212からの衛星−車両間距離djが後述の測位演算部214に出力される。
The mode switching unit 208 performs mode selection between the normal mode and the multipath mode in response to the mode switching command from the
図2に戻る。衛星位置算出部209は、航法メッセージの衛星軌道情報に基づいて、GPS衛星10jの、ワールド座標系での現在位置Sj=(Xj、Yj、Zj)及び移動速度Vj=(Vj、Vj、Vj)を計算する。衛星移動速度ベクトルVj=(Vj、Vj、Vj)は、算出した衛星位置Sjの今回値と前回値の差分を、演算周期の時間幅で除算することにより演算されてよい。このようにして衛星位置算出部209にて導出される衛星位置Sj及び衛星移動速度ベクトルVjは、測位演算部214に入力される。
Returning to FIG. The satellite
衛星−車両間距離算出部212は、フィルタ205から出力される擬似距離ρjの前回値ρj(i−1)、又は衛星−車両間距離算出部212自身が算出する衛星−車両間距離djの前回値dj(i−1)を、初期値として用い、該初期値に、前回周期(i−1)から今回周期(i)まで間の衛星−車両間距離djの変化量Δdj(以下、「今回周期(i)の距離変化量Δdj(i)」という)を足し合わせることで、今回周期の衛星−車両間距離dj(i)を算出する。即ち、衛星−車両間距離算出部212は、dj(i)=ρj(i−1)+Δdj(i)、または、dj(i)=dj(i−1)+Δdj(i)に従って、今回周期の衛星−車両間距離dj(i)を算出する。擬似距離ρjの前回値ρj(i−1)及び衛星−車両間距離djの前回値dj(i−1)のいずれが今回周期(i)の初期値として用いられるかは、前回周期(i−1)のモードに依存する。即ち、前回周期(i−1)のモードが通常モードである場合、擬似距離ρjの前回値ρj(i−1)が今回周期(i)の初期値として用いられ、前回周期(i−1)のモードがマルチパスモードである場合、衛星−車両間距離djの前回値dj(i−1)が今回周期(i)の初期値として用いられる。したがって、マルチパス検出部206によりマルチパスの発生が初めて検出された周期(i)では、衛星−車両間距離算出部212は、擬似距離ρjの前回値ρj(i−1)を初期値として、今回周期の衛星−車両間距離dj(i)を算出し、その後の周期(i)で、マルチパス検出部206によりマルチパスの発生が継続して検出される場合には、衛星−車両間距離算出部212は、衛星−車両間距離djの前回値dj(i−1)を初期値として、各周期の衛星−車両間距離dj(i)を算出していくことになる。
The satellite-vehicle
ここで、衛星−車両間距離算出部212における今回周期(i)の距離変化量Δdj(i)の算出方法の一例について説明する。
Here, an example of a method of calculating the distance change amount Δd j (i) of the current cycle (i) in the satellite-vehicle
今回周期(i)の距離変化量Δdj(i)は、今回周期(i)又は前回周期(i−1)で観測されるドップラ周波数Δfj(i)又はΔfj(i−1)に基づいて算出されてよい。具体的には、今回周期(i)の距離変化量Δdj(i)は、GPS衛星10jと車両90との間の相対速度ΔVを、前回周期(i−1)から今回周期(i)まで間の経過時間(即ちサンプリング間隔)に亘って時間積分することで算出されてよい。即ち、Δdj(i)=∫ΔV・dtにより算出されてよい。ΔVは、GPS衛星10jと車両90とを結ぶ方向における相対速度であり、例えばΔfj=ΔV・fL/(c−ΔV)の関係式に従って、算出される。Δfjとしては、今回周期(i)又は前回周期(i−1)で観測されるドップラ周波数Δfj(i)又はΔfj(i−1)が用いられてよい。尚、cは光速である。或いは、ΔVは、ドップラ周波数Δfj(i)又はΔfj(i−1)をΔfjとして用いて、ΔV=λ・Δfjにより算出されてもよい。尚、λは、搬送波の波長(既知)である。
The distance change Δd j (i) in the current cycle (i) is based on the Doppler frequency Δf j (i) or Δf j (i-1) observed in the current cycle (i) or the previous cycle (i-1). May be calculated. Specifically, the distance change amount Δd j (i) in the current cycle (i) is obtained by changing the relative speed ΔV between the
測位演算部214は、フィルタ205からのフィルタ処理後の擬似距離ρj(i)、又は、衛星−車両間距離算出部212からの衛星−車両間距離dj(i)と、GPS衛星10jに係る衛星位置(Xj(i),Yj(i),Zj(i))とに基づいて、今回周期(i)での車両90の位置(Xu(i),Yu(i),Zu(i))を測位演算する。車両90の位置の測位は、例えば以下のような関係式に基づいて、最小二乗法等を用いて実行されてよい。
The
ここで、上記の数5の左辺の観測量に関して、擬似距離ρj(i)及び衛星−車両間距離dj(i)のいずれが用いられるかは、今回周期(i)のモードに依存する。即ち、今回周期(i)のモードが通常モードである場合、擬似距離ρjが用いられ、今回周期(i)のモードがマルチパスモードである場合、衛星−車両間距離dj(i)が用いられる。したがって、測位演算部214は、マルチパス検出部206によりマルチパスの発生が検出されていない各周期(i)では、擬似距離ρjを観測量として用いて測位演算を行う一方、マルチパス検出部206によりマルチパスの発生が検出されている各周期(i)では、衛星−車両間距離dj(i)を観測量として用いて測位演算を行う。
Here, with respect to the observed amount on the left side of Equation 5, whether the pseudo distance ρ j (i) or the satellite-vehicle distance d j (i) is used depends on the mode of the current cycle (i). . That is, when the mode of the current cycle (i) is the normal mode, the pseudo distance ρ j is used, and when the mode of the current cycle (i) is the multipath mode, the satellite-vehicle distance d j (i) is Used. Therefore, the
図7は、マルチパス発生時の擬似距離ρjの変動態様と、同マルチパス発生時のドップラ周波数Δfjの変動態様とを模式的に示す図である。図7には、擬似距離ρj及びドップラ周波数Δfjの各算出値(各観測値)が実線で示され、擬似距離ρj及びドップラ周波数Δfjの各真値が一点鎖線で示されている。 FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a variation mode of the pseudo distance ρ j when the multipath occurs and a variation mode of the Doppler frequency Δf j when the multipath occurs. 7, each calculated value of the pseudorange [rho j and Doppler frequency Delta] f j (each observation) are shown in solid lines, the true value of the pseudorange [rho j and Doppler frequency Delta] f j is indicated by the dashed line .
マルチバスが発生した場合には、受信波の相関値特性において、直接波に係る相関ピークが明瞭に現れなくなるので、相関ピーク値を取るコード位相を検出し難くなくなり、この結果、コード位相追尾(コード同期)の精度が悪くなる。かかる問題は、マルチバス発生時に追尾方法を可変させて、コード位相追尾の精度をある程度高める構成においても同様に生じうる。このため、擬似距離ρjは、図7の上段に示すように、マルチパスが発生した時刻t=t2やマルチパスが終了した時刻t=t3で、擬似距離ρjの時間変化率が大きく変動する。即ち、擬似距離ρjは、マルチパスが発生した時刻t=t2で、コード位相追尾の精度悪化に起因して真値に対する誤差が急増する。これに対して、ドップラ周波数Δfjは、かかるマルチパスの影響を受けないので、マルチパスが発生した時刻t=t2においても真値に対する誤差が大きくならない。 When a multibus occurs, the correlation peak related to the direct wave does not appear clearly in the correlation value characteristic of the received wave, so that it becomes difficult to detect the code phase that takes the correlation peak value. As a result, the code phase tracking ( The accuracy of code synchronization will deteriorate. Such a problem can also occur in a configuration in which the tracking method is varied when a multibus is generated and the accuracy of code phase tracking is increased to some extent. Therefore, pseudorange [rho j, as shown in the upper part of FIG. 7, at time t = t3 the time t = t2 and multipath multipath occurs is complete, time rate of change of pseudorange [rho j is large variation To do. That is, the pseudo-range ρ j has an error with respect to the true value rapidly increasing at the time t = t2 when the multipath occurs due to the deterioration of the accuracy of the code phase tracking. On the other hand, since the Doppler frequency Δf j is not affected by the multipath, the error with respect to the true value does not increase even at the time t = t2 when the multipath occurs.
本実施例では、この点に着目し、上述の如く、マルチバスの発生が検出された場合に、マルチパスモードが形成されて、擬似距離ρjに代えて、ドップラ周波数Δfjに基づく衛星−車両間距離djが測位演算に用いられるので、マルチバスの発生時に生じうる測位精度の悪化を防止することができる。 In this embodiment, paying attention to this point, as described above, when the occurrence of a multibus is detected, a multipath mode is formed, and a satellite based on the Doppler frequency Δf j is used instead of the pseudorange ρ j. Since the inter-vehicle distance dj is used for the positioning calculation, it is possible to prevent the deterioration of the positioning accuracy that may occur when the multibus is generated.
実施例2は、上述の実施例1に対して、主に、マルチパスモード中の衛星−車両間距離djの算出態様が異なる。以下では、特に実施例2に特有の処理についてのみ説明する。その他の構成及び処理は、上述の実施例1と同様であってよく、各種用語の定義は、上述の実施例1と同様である。 Example 2, with respect to Example 1 above, primarily satellites in the multi-pass mode - mode of calculating the inter-vehicle distance d j are different. In the following, only processing unique to the second embodiment will be described. Other configurations and processes may be the same as those in the first embodiment, and the definitions of various terms are the same as those in the first embodiment.
図8は、実施例2によるGPS受信機20において実現される主要処理の流れを示すフローチャートである。図8に示す処理ルーチンは、上述の実施例1における図6の処理ルーチンと同様、例えば車両90のイグニッションスイッチがオンにされてからオフにされるまで、所定の周期毎に繰り返し実行される。所定の周期は、上述の観測周期に対応していてよい。
FIG. 8 is a flowchart illustrating a flow of main processes realized in the
ステップ500では、カウンタが初期化される。即ち、カウンタの値が“1”にセットされる。 In step 500, the counter is initialized. That is, the value of the counter is set to “1”.
ステップ502では、マルチパス検出部206による今回周期の検出結果に基づいて、今回周期でマルチパスが発生したか否かが判定される。今回周期でマルチパスが発生した場合には、ステップ503に進み、それ以外の場合には、ステップ514に進む。
In step 502, based on the detection result of the current cycle by the
ステップ503では、モード切替部208においてマルチパスモードが形成される。 In step 503, the mode switching unit 208 forms a multipath mode.
ステップ504では、現在のカウンタの値が“1”であるか否かが判定される。カウンタの値が“1”である場合(即ちマルチパスが検出された初回の周期である場合)には、ステップ506に進み、それ以外の場合には(即ち、カウンタの値が1より大きい場合には)、ステップ508に進む。 In step 504, it is determined whether or not the current counter value is "1". If the value of the counter is “1” (that is, if it is the first cycle in which multipath is detected), the process proceeds to step 506, otherwise (that is, if the value of the counter is greater than 1). Go to step 508.
ステップ506では、衛星−車両間距離算出部212において、上述の実施例1で説明した算出態様で、今回周期(i)の距離変化量Δdj(i)が算出される。
In step 506, the satellite-vehicle
ステップ508では、カウンタの値が“1”だけインクリメントされる。 In step 508, the counter value is incremented by "1".
ステップ510では、衛星−車両間距離算出部212において、今回周期(i)の距離変化量Δdj(i)が、フィルタ205から得られる今回周期の擬似距離ρj(i)から前回周期の擬似距離ρj(i−1)を差分することで、算出される。即ち、Δdj(i)=ρj(i)−ρj(i−1)により、今回周期(i)の距離変化量Δdj(i)が算出される。
In
ステップ512では、衛星−車両間距離算出部212において、上記ステップ506又は510で算出された距離変化量Δdj(i)を用いて、今回周期の衛星−車両間距離dj(i)が算出される。尚、今回周期が、マルチパスが検出された初回の周期である場合には、衛星−車両間距離dj(i)は、dj(i)=ρj(i−1)+Δdj(i)により算出され、今回周期の前周期でも、マルチパスが検出されていた場合には、衛星−車両間距離dj(i)は、dj(i)=dj(i−1)+Δdj(i)により算出されることになる。
In step 512, the satellite-to-vehicle
このようにして、ステップ503乃至512の処理(但し、ステップ506の処理は初回のみ)は、マルチパスが検出されている間、継続して繰り返し実行される。このとき、カウンタの値は、マルチパスモードが連続して継続されている周期数を表すことになる。 In this way, the processing of steps 503 to 512 (however, the processing of step 506 is only the first time) is repeatedly executed continuously while the multipath is detected. At this time, the value of the counter represents the number of periods in which the multipath mode is continuously continued.
ステップ514では、現在のカウンタの値が1より大きいか否かが判定される。即ち、前回周期がマルチパスモードであった否かが判定される。現在のカウンタの値が1より大きい場合には、前回周期がマルチパスモードであった場合には、ステップ516に進む。それ以外の場合(即ち、現在のカウンタの値が“1”である場合)には、ステップ520に進む。
In
ステップ516では、マルチパスモードが維持され、衛星−車両間距離算出部212において、上記ステップ506と同様の算出態様で、今回周期(i)の距離変化量Δdj(i)が算出される。
In step 516, the multipath mode is maintained, and the satellite-vehicle
ステップ518では、衛星−車両間距離算出部212において、上記ステップ516で算出された距離変化量Δdj(i)を用いて、dj(i)=dj(i−1)+Δdj(i)により、今回周期の衛星−車両間距離dj(i)が算出される。ステップ518の処理が終了すると、次回周期の処理ルーチンはステップ500から開始される。この結果、次回周期では、カウンタが初期化されることになる。
In step 518, the satellite-to-vehicle
ステップ520では、モード切替部208において通常モードが形成される。 In step 520, the mode switching unit 208 forms a normal mode.
ところで、上述の如く、ドップラ周波数Δfjに基づく衛星−車両間距離djは、擬似距離ρjと異なり、マルチパスの影響を受け難い特性を有するものの、ドップラ周波数Δfjの観測値に含まれるバイアス成分に起因した誤差を含む。このバイアス成分に起因した誤差は、それ自体さほど大きくは無いが、マルチパスモードが長期間継続すると、それに応じてバイアス成分に起因した誤差が累積されていくので、測位精度の悪化を招く虞がある。一方、各周期間の擬似距離ρjの差分値は、上述の如く、マルチパスの開始時(及びマルチパスの終了時)に誤差が大きくなる特性を有するものの(図7参照)、マルチパスの開始後から終了までの間の周期では、各周期間の擬似距離ρjの差分値は、差分によりマルチパスの影響が相殺されるので、マルチパスの影響を受け難い特性を有する。 Incidentally, as described above, the satellite-to-vehicle distance d j based on the Doppler frequency Δf j is different from the pseudorange ρ j and has characteristics that are not easily affected by multipath, but is included in the observed value of the Doppler frequency Δf j. Includes errors due to bias components. The error due to the bias component is not so large per se, but if the multipath mode continues for a long period of time, the error due to the bias component is accumulated accordingly, and there is a possibility that the positioning accuracy is deteriorated. is there. On the other hand, the difference value of the pseudo distance ρ j between the periods has a characteristic that an error becomes large at the start of multipath (and at the end of multipath) as described above (see FIG. 7). In the period from the start to the end, the difference value of the pseudo distance ρ j between the periods has a characteristic that the influence of the multipath is canceled by the difference, so that it is difficult to be affected by the multipath.
本実施例では、この点に着目し、マルチパスの開始時の周期と、マルチパスの終了時の周期においては、擬似距離ρjに代えて、ドップラ周波数Δfjに基づく衛星−車両間距離djが測位演算に用いられる一方で、マルチパスの開始後から終了までの間の周期では、各周期間の擬似距離ρjの差分値が測位演算に用いられる。これにより、バイアス成分に起因した誤差の累積を防止しつつ、マルチパスの影響を受け難い測位演算を実現することができ、測位精度が向上する。 In this embodiment, paying attention to this point, the satellite-to-vehicle distance d based on the Doppler frequency Δf j is used instead of the pseudorange ρ j in the cycle at the start of the multipath and the cycle at the end of the multipath. While j is used for the positioning calculation, in the period from the start to the end of the multipath, the difference value of the pseudo distance ρ j between each period is used for the positioning calculation. As a result, it is possible to realize a positioning calculation that is less susceptible to multipath while preventing the accumulation of errors due to the bias component, and the positioning accuracy is improved.
以上説明した本実施例に対しては、以下のような変形例が考えられる。 The following modifications can be considered for the embodiment described above.
例えば、本実施例において、マルチパスの終了時の周期に直ちに通常モードに復帰させることとしてもよい。即ち、図8のステップ514,516,518の処理を無くし、図8のステップ502で否定判定された場合には、ステップ520の処理が実行されることとしてもよい。
For example, in this embodiment, the normal mode may be immediately restored in the cycle at the end of multipath. That is, the processing of step 520 may be executed when the processing of
また、上述の実施例では、ドップラ周波数Δfjに基づく衛星−車両間距離djは、マルチパスの開始時の1周期で用いられているが、バイアス成分に起因した誤差の累積が許容レベルを超えない限り、ドップラ周波数Δfjに基づく衛星−車両間距離djが、マルチパスの開始時及びその後の複数周期で用いられてもよい。即ち、図8のステップ504で、カウンタの値が所定値より大きいか否かを判定し、カウンタの値が所定値より大きい場合には、ステップ508に進むように構成してもよい。この場合、所定値は、2以上の値であり、バイアス成分に起因した誤差の累積が許容レベルを超えないように適合された値とされる。 In the above-described embodiment, the satellite-to-vehicle distance d j based on the Doppler frequency Δf j is used in one cycle at the start of the multipath, but the accumulated error due to the bias component has an allowable level. As long as it does not exceed, the satellite-to-vehicle distance d j based on the Doppler frequency Δf j may be used at the start of the multipath and in a plurality of periods thereafter. That is, in step 504 of FIG. 8, it may be determined whether or not the counter value is greater than a predetermined value. If the counter value is greater than the predetermined value, the process may proceed to step 508. In this case, the predetermined value is a value of 2 or more, and is a value adapted so that the accumulation of errors due to the bias component does not exceed the allowable level.
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、上述した実施例では、前回周期(i−1)が通常モードである状況下で、今回周期(i)の距離変化量Δdj(i)を算出する際、初期値として、フィルタ205からの擬似距離ρjの前回値ρj(i−1)が用いられているが、本発明はこれに限られない。例えば、以下の数3の式のように、車両90とGPS衛星10jとの間の距離rjを、前回周期(i−1)の測位結果(Xu(i−1),Yu(i−1),Zu(i−1))と、前回周期(i−1)のGPS衛星10jの位置Sj=(Xj(i−1)、Yj(i−1)、Zj(i−1))に基づいて導出して、当該導出した距離rjを、初期値として用いてもよい。
For example, in the above-described embodiment, when the distance change amount Δd j (i) of the current cycle (i) is calculated in the situation where the previous cycle (i−1) is the normal mode, the initial value is obtained from the
また、上述では、好ましい実施例として、通常モードにおいて、キャリアスムージングのようなフィルタ処理が実行されているが、かかるフィルタ処理が省略されてもよい。 In the above description, as a preferred embodiment, filter processing such as carrier smoothing is performed in the normal mode. However, such filter processing may be omitted.
また、上述の実施例では、通常モードにおいて、C/Aコードを用いて擬似距離ρを導出しているが、本発明は、L1波のPコード及び/又はL2波のPコードに基づいて、同様に、GPS衛星10に対する擬似距離ρを算出する構成にも適用可能である。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ρjは、GPS衛星10j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、ρj=MP×30として求めることができる。
In the above-described embodiment, the pseudorange ρ is derived using the C / A code in the normal mode. However, the present invention is based on the P code of the L1 wave and / or the P code of the L2 wave, Similarly, the present invention can be applied to a configuration for calculating the pseudorange ρ with respect to the
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.
20 GPS受信機
90 車両
201 高周波回路
202 A/D変換回路
203 DLL
204 PLL
205 フィルタ
206 マルチパス検出部
208 モード切替部
209 衛星位置算出部
212 衛星−車両間距離算出部
214 測位演算部
20
204 PLL
205
Claims (6)
衛星電波に乗せられた信号のコード位相に基づいて該衛星と移動体との間の擬似距離を算出する擬似距離算出手段と、
衛星と移動体との間の距離の初期値に、衛星電波の観測値から求まる衛星と移動体の間の距離の変化量(以下、距離変化量という)を積算して、衛星と移動体との間の距離を算出する衛星移動体間距離算出手段と、
前記擬似距離算出手段による第1距離算出モードと前記衛星移動体間距離算出手段による第2距離算出モードとを切り替えるモード切替手段と、
衛星電波の直接波とその反射波とからなる合成波の受信を検出する合成波検出手段とを備え、
前記モード切替手段は、前記合成波検出手段により前記合成波の受信が検出された場合に、前記第1距離算出モードから前記第2距離算出モードに切り替えることを特徴とする、移動体用測位装置。 In a mobile positioning device that receives satellite radio waves from a satellite by a mobile body and measures the position of the mobile body,
A pseudo-range calculating means for calculating a pseudo-range between the satellite and the moving body based on the code phase of the signal carried on the satellite radio wave;
The initial value of the distance between the satellite and the moving object is multiplied by the amount of change in the distance between the satellite and the moving object (hereinafter referred to as the distance change amount) obtained from the observation value of the satellite radio wave. A distance calculating means for calculating a distance between the satellite moving bodies;
Mode switching means for switching between a first distance calculation mode by the pseudo distance calculation means and a second distance calculation mode by the inter-satellite moving distance calculation means;
A synthetic wave detecting means for detecting reception of a synthetic wave composed of a direct wave of a satellite radio wave and a reflected wave thereof;
The mode switching means switches from the first distance calculation mode to the second distance calculation mode when reception of the synthesized wave is detected by the synthesized wave detecting means. .
衛星電波に乗せられた信号のコード位相に基づいて該衛星と移動体との間の擬似距離を算出する擬似距離算出段階と、
衛星と移動体との間の距離の初期値に、衛星電波の観測値から求まる衛星と移動体の間の距離の変化量(以下、距離変化量という)を積算して、衛星と移動体との間の距離を算出する衛星移動体間距離算出段階と、
衛星電波の直接波とその反射波とからなる合成波の受信を所定周期毎に検出する合成波検出段階と、
前記合成波検出段階で前記合成波の受信が検出された場合に、前記衛星移動体間距離算出段階で算出された衛星移動体間距離を用いて、移動体の位置を測位する段階とを備えることを特徴とする、移動体用測位方法。 In a mobile positioning method for receiving satellite radio waves from a satellite by a mobile body and positioning the position of the mobile body,
A pseudo-range calculation step for calculating a pseudo-range between the satellite and the moving body based on the code phase of the signal carried on the satellite radio wave;
The initial value of the distance between the satellite and the moving object is multiplied by the amount of change in the distance between the satellite and the moving object (hereinafter referred to as the distance change amount) obtained from the observation value of the satellite radio wave. A distance calculation step between satellite moving bodies for calculating the distance between
A combined wave detection stage for detecting reception of a combined wave composed of a direct wave of a satellite radio wave and a reflected wave thereof at a predetermined period;
A step of positioning the position of the moving body using the inter-satellite moving body distance calculated in the satellite moving body distance calculating step when reception of the combined wave is detected in the synthetic wave detecting stage. A positioning method for a mobile object, characterized in that
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