JP2009270927A - 移動体間干渉測位装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明による移動体間干渉測位装置は、第1移動体で観測された位相積算値に関する観測データを取得する第1観測データ取得手段と、第2移動体で観測された位相積算値に関する観測データを取得する第2観測データ取得手段と、干渉測位に用いる衛星のペアを決定する衛星ペア決定手段と、前記衛星ペア決定手段により決定されたペアの衛星間で、前記第1観測データ取得手段で取得された観測データと、前記第2観測データ取得手段で取得された観測データの一重位相差若しくは二重位相差を取り、該一重位相差若しくは二重位相差を取った観測データを用いて、干渉測位により前記第1移動体と前記第2移動体の間の相対位置関係を特定する干渉測位手段とを備えることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
第2移動体で観測される観測データであって、衛星電波の搬送波の位相積算値に関する観測データを取得する第2観測データ取得手段と、
干渉測位に用いる衛星のペアを決定する衛星ペア決定手段と、
前記衛星ペア決定手段により決定されたペアの衛星間で、前記第1観測データ取得手段で取得された観測データと、前記第2観測データ取得手段で取得された観測データの一重位相差若しくは二重位相差を取り、該一重位相差若しくは二重位相差を取った観測データを用いて、干渉測位により前記第1移動体と前記第2移動体の間の相対位置関係を特定する干渉測位手段とを備えることを特徴とする。
前記第1観測データ取得手段で取得された観測データ、及び、前記第2観測データ取得手段で取得された観測データは、共に、共通の衛星に関する搬送波の位相積算値の計測データと、共通の衛星に関する擬似距離の計測データとを含み、
前記相対位置関係は、前記観測データをエポック毎に独立して用いる瞬時測位法により特定されることを特徴とする。
前記衛星ペア決定手段により決定されたペアの衛星間における前記第1移動体までの距離の逆数の差に基づいて、各ペア間の前記一重位相差若しくは二重位相差を取った観測データが測位結果に与える影響を、重み付けにより調整することを特徴とする。
前記干渉測位手段は、前記一重位相差若しくは二重位相差を取った観測データと共に、単独測位により導出された前記第1移動体の位置情報を用いて、前記相対位置関係を特定し、
前記単独測位により導出された前記第1移動体の位置情報は、前記衛星ペア決定手段により決定された各ペアを構成する衛星のみを用いた単独測位により導出されることを特徴とする。
前記衛星ペア決定手段は、前記第1移動体と各衛星との間の距離に基づいて、前記衛星のペアを決定することを特徴とする。
前記衛星ペア決定手段は、前記第1移動体までの距離の差が小さい2つの衛星同士を前記ペアとして決定することを特徴とする。
前記衛星ペア決定手段は、前記第1移動体までの距離の逆数の差が小さい2つの衛星同士を前記ペアとして決定することを特徴とする。
前記衛星ペア決定手段は、前記第1移動体までの距離が大きい衛星を優先して前記ペアを構成させることを特徴とする。
前記衛星ペア決定手段は、あるペアの衛星間における前記第1移動体までの距離の逆数の差が所定閾値を超えて大きくなった場合、該ペアに代えて、他のペアを決定することを特徴とする。
前記衛星ペア決定手段は、前記干渉測位手段で導出される整数解がFIXしない場合に、前記第1移動体までの距離が大きい衛星を優先して用いて、前記ペアを再決定することを特徴とする。
第2移動体で観測された衛星電波の観測データを取得する第2観測データ取得段階と
前記第1移動体と各衛星との間の距離に基づいて、該距離が近い衛星同士がペアを構成するように、干渉測位に用いる衛星のペアを決定する衛星ペア決定段階と、
前記衛星ペア決定段階で決定されたペアの衛星間で、前記第1観測データ取得段階で取得された観測データと、前記第2観測データ取得段階で取得された観測データの一重位相差若しくは二重位相差を取り、該一重位相差若しくは二重位相差を取った観測データを用いて、干渉測位により前記第1移動体と第2移動体の間の相対位置関係を特定する干渉測位段階とを備えることを特徴とする。
Φik(t)=Θik(t)−Θik(t−τk)+Nik+εik(t) 式(1)
尚、位相積算値Φikについて、添え字i(=1,2,・・・)は、GPS衛星10iに割り当てられた番号を示し、添え字kは基準局側での積算値であることを示す。Nikは、整数値バイアスを示し、εikは、ノイズ(誤差)を表わす。
ρik(t)=c・τk+bk 式(2)
ここで、cは光速であり、bkは、クロックバイアスとも称され、GPS受信機22内の時計誤差による距離誤差に対応する。
Φiu(t)=Θiu(t)−Θiu(t−τu)+Niu+εiu(t) 式(3)
ここで、τuは、GPS衛星10からGPS受信機32までのトラベル時間を示し、εiuは、ノイズ(誤差)を表わす。尚、位相差の観測開始時点では、GPS受信機32は、搬送波位相の1波長以内の位相を正確に測定できるが、それが何波長目に相当するかを確定できない。このため、位相積算値Φiu(t)には、上式に示すように、不確定な要素として整数値バイアスNiuが導入される。
ρiu(t)=c・τu+bu 式(4)
ここで、buは、クロックバイアスとも称され、GPS受信機32内の時計誤差による距離誤差に対応する。
Δjh=ε(1/Djk−1/Dhk)
上記式において、Djkは、車両20とGPS衛星10iとの間の距離であり、車両20の位置の測位結果(例えば上述の単独測位の結果)と、GPS衛星10iの位置とに基づいて算出される。GPS衛星10jの位置は、航法メッセージに含まれる衛星軌道情報や国際GPS機関(IGS)等の機関により提供される暦データを用いて算出されてもよい。同様に、Djkは、車両20とGPS衛星10hとの間の距離であり、車両20の位置の測位結果(例えば上述の単独測位の結果)と、GPS衛星10hの位置とに基づいて算出される。Δjh=ε(1/Djk−1/Dhk)で表される誤差成分Δの意義は、後述する。
Φjh ku=(Φjk(t)−Φju(t))−(Φhk(t)−Φhu(t)) 式(5)
一方、位相積算値の2重位相差Φjh kuは、(GPS衛星10iとGPS受信機22若しくは32との距離)=(搬送波の波長L)×(位相積算値)という物理的な意味合いから、次のようになる。
ρjh ku=(ρjk(t)−ρju(t))−(ρhk(t)−ρhu(t)) 式(7)
擬似距離の2重位相差ρjh kuは、次のように表せる。
Z=H・η+V 式(9)
ここで、Vは観測雑音を示す。ηは、状態変数を表わし、車両30の座標値(未知)及び整数値バイアスの2重位相差である。例えばペアリングされたGPS衛星10のペア(j、h)が(1,2)、(1,3)、(1,4)及び(1,5)の4組である場合、η=[Xu、Yu、Zu、N12 ku、N13 ku、N14 ku、N15 ku]Tである(Tは転置を表す)。式(9)の観測量Zは、位相積算値の2重位相差Φjh ku(上記式(5)参照)及び擬似距離の2重位相差ρjh ku(上記式(7)参照)である。例えば、ペアリングされたGPS衛星10のペア(j、h)が(1,2)、(1,3)、(1,4)及び(1,5)の4組である場合、Z=[Φ12 ku、Φ13 ku、Φ14 ku、Φ15 ku、ρ12 ku、ρ13 ku、ρ14 ku、ρ15 ku]Tである。上記式(9)の観測方程式は線形であるが、式(6)及び式(8)では、観測量Zは、状態変数Xu、Yu及びZuに関して非線形であるため、式(6)及び式(8)の各項が状態変数Xu、Yu及びZuのそれぞれで偏微分され、上記式(9)の観測行列Hが求められる。例えば、ペアリングされたGPS衛星10のペア(j、h)が(1,2)、(1,3)、(1,4)及び(1,5)の4組である場合、以下のように、観測行列Hは、以下の通りである。
η=(HT・W・H)−1・HT・W・Z 式(10)
ここで、Wは、重み調整部42において重みが調整された重み行列であり、例えば、ペアリングされたGPS衛星10のペア(j、h)が(1,2)、(1,3)、(1,4)及び(1,5)の4組である場合、以下の通りである。
R={(n12−N12 2)2+(n13−N13 2)2+(n14−N14 2)2+(n15−N15 2)2}/{(n12−N12 1)2+(n13−N13 1)2+(n14−N14 1)2+(n15−N15 1)2} 式(11)
レシオRは、一般的に、高い値であるほど整数値バイアスの整数解の第1候補の信頼度が高いことを表す。従って、適切な所定の閾値αを設定して、レシオRが所定の閾値αよりも大きい場合に、整数解の信頼性が高いと判定して、整数値バイアスの整数解の第1候補を採用することとしてよい。
20 車両(基準局)
22 基準局側GPS受信機
24 基準局側車車間通信機
30 車両
32 車両側GPS受信機
34 車両側車車間通信機
40 観測データ誤差補正部
42 重み調整部
44 実数解算出部
46 整数解算出部
48 FIX判定部
Claims (12)
- 第1移動体で観測される観測データであって、衛星電波の搬送波の位相積算値に関する観測データを取得する第1観測データ取得手段と、
第2移動体で観測される観測データであって、衛星電波の搬送波の位相積算値に関する観測データを取得する第2観測データ取得手段と、
干渉測位に用いる衛星のペアを決定する衛星ペア決定手段と、
前記衛星ペア決定手段により決定されたペアの衛星間で、前記第1観測データ取得手段で取得された観測データと、前記第2観測データ取得手段で取得された観測データの一重位相差若しくは二重位相差を取り、該一重位相差若しくは二重位相差を取った観測データを用いて、干渉測位により前記第1移動体と前記第2移動体の間の相対位置関係を特定する干渉測位手段とを備えることを特徴とする、移動体間干渉測位装置。 - 前記第1観測データ取得手段で取得された観測データ、及び、前記第2観測データ取得手段で取得された観測データは、共に、共通の衛星に関する搬送波の位相積算値の計測データと、共通の衛星に関する擬似距離の計測データとを含み、
前記相対位置関係は、前記観測データをエポック毎に独立して用いる瞬時測位法により特定される、請求項1に記載の移動体間干渉測位装置。 - 前記衛星ペア決定手段により決定されたペアの衛星間における前記第1移動体までの距離の逆数の差に基づいて、各ペア間の前記一重位相差若しくは二重位相差を取った観測データが測位結果に与える影響を、重み付けにより調整する、請求項1又は2に記載の移動体間干渉測位装置。
- 前記干渉測位手段は、前記一重位相差若しくは二重位相差を取った観測データと共に、単独測位により導出された前記第1移動体の位置情報を用いて、前記相対位置関係を特定し、
前記単独測位により導出された前記第1移動体の位置情報は、前記衛星ペア決定手段により決定された各ペアを構成する衛星のみを用いた単独測位により導出される、請求項1又は2に記載の移動体間干渉測位装置。 - 前記衛星ペア決定手段は、前記第1移動体と各衛星との間の距離に基づいて、前記衛星のペアを決定する、請求項1又は2に記載の移動体間干渉測位装置。
- 前記衛星ペア決定手段は、前記第1移動体までの距離の差が小さい2つの衛星同士を前記ペアとして決定する、請求項5に記載の移動体間干渉測位装置。
- 前記衛星ペア決定手段は、前記第1移動体までの距離の逆数の差が小さい2つの衛星同士を前記ペアとして決定する、請求項5に記載の移動体間干渉測位装置。
- 前記衛星ペア決定手段は、前記第1移動体までの距離が大きい衛星を優先して前記ペアを構成させる、請求項5に記載の移動体間干渉測位装置。
- 前記衛星ペア決定手段は、あるペアの衛星間における前記第1移動体までの距離の逆数の差が所定閾値を超えて大きくなった場合、該ペアに代えて、他のペアを決定する、請求項5に記載の移動体間干渉測位装置。
- 前記衛星ペア決定手段は、前記干渉測位手段で導出される整数解がFIXしない場合に、前記第1移動体までの距離が大きい衛星を優先して用いて、前記ペアを再決定する、請求項5に記載の移動体間干渉測位装置。
- 前記第2移動体に搭載される請求項1〜10のうちのいずれか1項に記載の移動体間干渉測位装置であって、
前記第1観測データ取得手段は、前記第1移動体との無線通信により、前記観測データを取得し、
前記第2観測データ取得手段は、衛星電波を観測して前記観測データを取得する、移動体間干渉測位装置。 - 第1移動体で観測された衛星電波の観測データを取得する第1観測データ取得段階と、
第2移動体で観測された衛星電波の観測データを取得する第2観測データ取得段階と
前記第1移動体と各衛星との間の距離に基づいて、該距離が近い衛星同士がペアを構成するように、干渉測位に用いる衛星のペアを決定する衛星ペア決定段階と、
前記衛星ペア決定段階で決定されたペアの衛星間で、前記第1観測データ取得段階で取得された観測データと、前記第2観測データ取得段階で取得された観測データの一重位相差若しくは二重位相差を取り、該一重位相差若しくは二重位相差を取った観測データを用いて、干渉測位により前記第1移動体と第2移動体の間の相対位置関係を特定する干渉測位段階とを備えることを特徴とする、移動体間干渉測位方法。
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