JP2009294067A

JP2009294067A - Positioning apparatus, positioning method, and positioning program

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Publication number: JP2009294067A
Application number: JP2008147683A
Authority: JP
Inventors: Yuji Omura; 祐司大村; Shoji Yoshikawa; 章二吉河; Kazuhiro Terao; 和洋寺尾
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2009-12-17
Anticipated expiration: 2028-06-05
Also published as: JP5300333B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten time for convergence calculation of the wavenumber of a carrier phase distance and make its accuracy higher, in a positioning apparatus for measuring a receiver position by utilizing the phase of the carrier wave of a signal transmitted by a positioning satellite such as a GPS satellite. <P>SOLUTION: A real-valued wavenumber estimation amount being an estimated amount of the wavenumber of the carrier phase distance not decided yet is calculated, by inputting not only observation amounts such as pseudo-range which facilitates decision of the wavenumber of the carrier phase distance, but an integer wavenumber being the wavenumber of the carrier phase distance decided already. Moreover, along with the calculation of the real-valued wavenumber estimation amount, a position estimation amount is calculated. Based on the calculated real-valued wavenumber estimation amount, the wavenumber of the carrier phase distance is decided. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、ＧＰＳ等の測位衛星が送信する信号の搬送波位相を利用して受信機位置を計測する衛星測位方式を備えた測位装置に関するものである。 The present invention relates to a positioning device including a satellite positioning method for measuring a receiver position using a carrier phase of a signal transmitted from a positioning satellite such as GPS.

衛星測位方式は、ＧＰＳ等の測位衛星が送信した信号を受信して受信機位置を計測する方式である。つまり、衛星測位方式は、衛星と受信機間の伝搬時間を用いて距離を計測するものであり、複数の衛星の各位置と衛星・受信機間の各距離を用いて受信機位置を計算する。１ｍ以下の高い位置計測精度を必要とする場合は、送信信号の搬送波の位相情報（以下、搬送波位相）を用いる方式がある。例えばＧＰＳ信号の搬送波の波長は約２０ｃｍであり、ＧＰＳ信号の位相情報を用いる事で衛星と受信機間の距離をｍｍクラスの分解能で計測できる。
しかし、搬送波位相を用いる方式では、搬送波位相で計測した距離（搬送波位相距離）の整数部分が直接得られないため、搬送波位相距離の整数部分を決定する方式が必要である。搬送波位相距離の整数部分を波数（又はアンビギュイティ、又は整数バイアス）と呼ぶ。
波数を決定する方法は幾つか知られている。波数を決定する方法においては、搬送波位相やこれ以外の情報を用いて波数の実数波数推定量を計算し、この周囲に存在する整数値の波数候補を探索して信頼性が高い値を見つけることが基本である。
以下、前記実数表現された波数を実数波数と呼び、探索の結果得られた波数の決定値を整数波数と呼ぶ。
探索範囲が拡大すると整数波数を見つけるのが困難になるので、探索範囲を狭める必要がある。このためには精度が良い波数の実数推定値を得る事が重要となる。 The satellite positioning method is a method of receiving a signal transmitted from a positioning satellite such as GPS and measuring a receiver position. In other words, the satellite positioning method measures the distance using the propagation time between the satellite and the receiver, and calculates the receiver position using each position of multiple satellites and each distance between the satellite and the receiver. . When high position measurement accuracy of 1 m or less is required, there is a method using phase information (hereinafter referred to as carrier phase) of a carrier wave of a transmission signal. For example, the wavelength of the carrier wave of the GPS signal is about 20 cm, and the distance between the satellite and the receiver can be measured with a resolution of mm class by using the phase information of the GPS signal.
However, since the method using the carrier phase cannot directly obtain the integer part of the distance measured by the carrier phase (carrier phase distance), a method for determining the integer part of the carrier phase distance is required. The integer part of the carrier phase distance is called wave number (or ambiguity, or integer bias).
Several methods are known for determining the wave number. In the method of determining the wave number, the carrier wave phase and other information are used to calculate the real wave number estimator of the wave number and search for integer wave number candidates that exist around it to find a highly reliable value. Is the basic.
Hereinafter, the wave number expressed by the real number is referred to as a real wave number, and the determined value of the wave number obtained as a result of the search is referred to as an integer wave number.
When the search range is expanded, it becomes difficult to find an integer wave number, so it is necessary to narrow the search range. For this purpose, it is important to obtain a real number estimation value with high accuracy.

実際の衛星測位方式では受信機を２台以上設置する場合が多い。測位衛星の信号を２台以上の受信機で同時に受信してその計測距離の差分を用いることで、受信機間の相対位置（基線）を計測する。片方の受信機の正確な位置が計測してあれば、他方の受信機位置も正確に計測可能となる。位置計測の対象となる受信機を移動局と呼び、移動局位置ベクタの原点となる受信機を基準局と呼ぶ。この差分を用いる方式は、信号伝搬経路の媒体特性による伝搬時間の変動や、衛星に搭載した送信機間の時計誤差などの誤差要因が、差分によりほぼ消去される事が特長であり、この結果、高精度の位置計測が容易に実現できる。
以下、移動局と基準局との２つの観測量間の差分観測量を一重差観測量と呼ぶ。さらに、各受信機間の時計誤差を消去する為に基準観測量となる測位衛星を選択して、一重差観測量の差分で得られる４観測量間差分の観測量を用いる場合がある。この観測量を二重差観測量と呼ぶ。 In actual satellite positioning systems, there are many cases where two or more receivers are installed. The relative position (baseline) between the receivers is measured by simultaneously receiving the positioning satellite signals with two or more receivers and using the difference of the measurement distances. If the exact position of one receiver is measured, the other receiver position can also be measured accurately. A receiver whose position is to be measured is called a mobile station, and a receiver that is the origin of a mobile station position vector is called a reference station. This difference-based method is characterized by the fact that error factors such as fluctuations in propagation time due to medium characteristics of the signal propagation path and clock errors between transmitters mounted on satellites are almost eliminated by the difference. High-accuracy position measurement can be easily realized.
Hereinafter, the difference observation amount between the two observation amounts of the mobile station and the reference station is referred to as a single difference observation amount. Furthermore, in order to eliminate the clock error between the receivers, a positioning satellite as a reference observation amount may be selected, and the observation amount of the difference between the four observation amounts obtained from the difference of the single difference observation amount may be used. This observation is called a double difference observation.

搬送波位相を用いた衛星測位方式に関する文献に特許文献１がある。
特開２００３−１８５７２８号公報 Patent Document 1 is a document related to a satellite positioning method using a carrier phase.
JP 2003-185728 A

従来は、搬送波位相を用いた衛星測位方式において、波数を得る際に、距離の決定が容易なコード位相（以下、擬似距離）などの観測量を用いた初期値から収束計算する方法を採用している。この方法では、収束時間が長くなり、十分な収束精度も得られない可能性がある。
本発明は、例えば、搬送波位相を用いた衛星測位方式において、波数を得る処理の処理時間および収束時間を短縮するとともに、精度の高い実数波数を得ることを目的とする。 Conventionally, in satellite positioning methods using carrier phase, a method of calculating convergence from an initial value using an observation amount such as a code phase (hereinafter referred to as pseudorange), which makes it easy to determine the distance, has been adopted when obtaining the wave number. ing. In this method, the convergence time becomes long, and sufficient convergence accuracy may not be obtained.
For example, in a satellite positioning method using a carrier phase, an object of the present invention is to reduce a processing time and a convergence time of a process for obtaining a wave number, and to obtain a real wave number with high accuracy.

本発明に係る測位装置は、例えば、測位衛星が送信する信号の搬送波位相を利用して複数の受信機間の相対位置を計測する測位装置であり、
複数の受信機の各受信機が受信した上記信号から得られる上記各受信機についての観測量を取得して記憶装置に記憶する観測量取得部と、
上記観測量取得部が取得した観測量と、上記複数の受信機が受信した信号の搬送波位相距離の整数部分である波数のうち既に決定している波数である整数波数とに基づき、上記複数の受信機が受信した信号の波数の推定量を処理装置により計算する推定部と、
所定の方法により、上記推定部が計算した推定量に対応する波数を処理装置により決定する整数波数決定部と
を備えることを特徴とする。 The positioning device according to the present invention is, for example, a positioning device that measures a relative position between a plurality of receivers using a carrier phase of a signal transmitted by a positioning satellite,
An observation amount acquisition unit for acquiring an observation amount for each receiver obtained from the signal received by each receiver of a plurality of receivers and storing the observation amount in a storage device;
Based on the observation amount acquired by the observation amount acquisition unit and the integer wave number that has been determined among the wave numbers that are the integer part of the carrier phase distance of the signals received by the plurality of receivers, An estimation unit that calculates an estimated amount of the wave number of the signal received by the receiver by the processing device;
And an integer wave number determination unit that determines a wave number corresponding to the estimated amount calculated by the estimation unit by a processing device by a predetermined method.

本発明に係る測位装置は、既に決定している搬送波位相距離の波数である整数波数を入力として、未決定の搬送波位相距離の波数の推定量を計算する。そのため、本発明に係る測位装置によれば、整数波数を得る処理の処理時間が短縮されるとともに、信頼性の高い整数波数を得ることができる。 The positioning apparatus according to the present invention calculates an estimation amount of the wave number of the undetermined carrier phase distance using the integer wave number that is the wave number of the carrier phase distance that has already been determined as an input. Therefore, according to the positioning device according to the present invention, it is possible to obtain a highly reliable integer wave number while reducing the processing time of the process for obtaining the integer wave number.

実施の形態１．
この実施の形態では、観測量だけでなく、整数波数を入力として、実数波数推定量を計算することにより、受信機の位置を計算する測位装置１００について説明する。 Embodiment 1 FIG.
In this embodiment, a positioning apparatus 100 that calculates the position of the receiver by calculating not only the observation quantity but also the integer wave number as input and calculating the real wave number estimation quantity will be described.

まず、この実施の形態に係る測位装置１００の基礎となる測位装置１０１について説明する。測位装置１０１は、整数波数を入力とせず、観測量に基づき実数波数推定量を計算して、受信機の位置を計算する。図１は、測位装置１０１の機能を示す機能ブロック図である。
測位装置１０１は、観測量取得部５、二重差処理部２０６、推定計算部２０１、整数波数探索部２、変換部７を備える。また、推定計算部２０１は、実数波数推定部２０２、検定部２０４、位置推定部２０５を備える。
観測量取得部５は、複数の受信機の各受信機が受信した信号から得られる上記各受信機についての観測量を取得して記憶装置に記憶する。観測量取得部５は、各受信機の観測量を出力する。
二重差処理部２０６は、観測量取得部５が出力した観測量に対して、推定計算部２０１の計算が容易になるような前処理を適用して前処理後観測量を処理装置により計算する。二重差処理部２０６は、生成した前処理後観測量を出力する。
推定計算部２０１は、前処理後観測量を入力として、対象の位置、速度、加速度等を推定した位置推定量を処理装置により計算して出力する。
実数波数推定部２０２は、前処理後観測量を用いて概略位置推定量と実数波数推定量とを処理装置により計算して出力する。
整数波数探索部２は、実数波数推定部２０２の出力を用いて実数波数推定量に対応する整数波数候補を処理装置により決定する。整数波数探索部２は、常に全衛星の実数波数に対して探索を行い整数波数候補を決定する。
検定部２０４は、整数波数探索部２が決定した整数波数候補を処理装置により検定する。検定部２０４は、検定の結果が妥当であれば整数波数を他の推定量（位置推定量、波数検定結果）と併せて出力する。
位置推定部２０５は、前処理後観測量と、検定部２０４が出力した位置推定量、整数波数及び波数検定結果を用いて対象の位置を処理装置により推定して、位置推定量を出力する。また、位置推定部２０５は、推定した位置推定量に基づき初期化判定を行う。つまり、位置推定部２０５は、位置推定量を異常と判定した場合は、再初期化指示信号を実数波数推定部２０２へ出力して、初期化させる。
変換部７は、推定計算部２０１が出力した位置推定量を入力として、適切な座標系や時系列に受信機の位置推定量を処理装置により変換して、推定位置を出力する。 First, the positioning device 101 that is the basis of the positioning device 100 according to this embodiment will be described. The positioning device 101 does not receive an integer wave number, calculates a real wave number estimation amount based on the observation amount, and calculates the position of the receiver. FIG. 1 is a functional block diagram illustrating functions of the positioning device 101.
The positioning apparatus 101 includes an observation amount acquisition unit 5, a double difference processing unit 206, an estimation calculation unit 201, an integer wave number search unit 2, and a conversion unit 7. The estimation calculation unit 201 includes a real wave number estimation unit 202, a test unit 204, and a position estimation unit 205.
The observation amount acquisition unit 5 acquires the observation amount for each of the receivers obtained from the signals received by the receivers of the plurality of receivers, and stores them in the storage device. The observation amount acquisition unit 5 outputs the observation amount of each receiver.
The double-difference processing unit 206 applies pre-processing that facilitates the calculation of the estimation calculation unit 201 to the observation amount output by the observation amount acquisition unit 5 and calculates the pre-processed observation amount by the processing device. To do. The double difference processing unit 206 outputs the generated preprocessed observation amount.
The estimation calculation unit 201 receives the pre-processed observation amount as an input, and calculates and outputs a position estimation amount obtained by estimating the target position, velocity, acceleration, and the like by the processing device.
The real wave number estimation unit 202 uses the processing device to calculate and output the approximate position estimation amount and the real wave number estimation amount using the pre-processed observation amount.
The integer wave number search unit 2 uses the output of the real wave number estimation unit 202 to determine an integer wave number candidate corresponding to the real wave number estimation amount by the processing device. The integer wave number search unit 2 always searches the real wave numbers of all the satellites to determine integer wave number candidates.
The verification unit 204 verifies the integer wave number candidates determined by the integer wave number search unit 2 using a processing device. If the result of the test is valid, the test unit 204 outputs the integer wave number together with other estimated values (position estimated value, wave number test result).
The position estimation unit 205 estimates the target position by the processing device using the pre-processed observation amount, the position estimation amount output by the verification unit 204, the integer wave number, and the wave number test result, and outputs the position estimation amount. In addition, the position estimation unit 205 performs initialization determination based on the estimated position estimation amount. In other words, when position estimation unit 205 determines that the position estimation amount is abnormal, position estimation unit 205 outputs a reinitialization instruction signal to real wave number estimation unit 202 for initialization.
The conversion unit 7 receives the position estimation amount output from the estimation calculation unit 201 as input, converts the position estimation amount of the receiver into an appropriate coordinate system or time series by the processing device, and outputs the estimated position.

つまり、実数波数推定部２０２は、前処理後観測量だけを用いて位置推定量や実数波数推定量を計算している。すなわち、後続の位置推定部２０５で用いている整数波数が持つ、高精度な情報を利用していない。
ところが、実際の衛星測位計算においては、一部の観測量で整数波数が得られているケースも多い。このような場合に、残りの衛星の実数波数を収束計算する際に整数波数の情報を使用することにより、収束時間を短縮でき、十分な収束精度が得られ、かつ、位置計算精度を改善できる可能性がある。 That is, the real number estimation unit 202 calculates the position estimation amount and the real number estimation using only the pre-processed observation amount. That is, the highly accurate information which the integer wave number used in the subsequent position estimation unit 205 has is not used.
However, in actual satellite positioning calculations, there are many cases where integer wave numbers are obtained for some observations. In such a case, the convergence time can be shortened by using the information on the integer wave number when the real wave number of the remaining satellites is converged, and sufficient convergence accuracy can be obtained and the position calculation accuracy can be improved. there is a possibility.

次に、この実施の形態に係る測位装置１００について説明する。図２は、この実施の形態に係る測位装置１００の機能を示す機能ブロック図である。
測位装置１００は、観測量取得部５、前処理部６、推定計算部１、整数波数探索部２、変換部７を備える。また、推定計算部１は、推定部３、検定・更新部４を備える。
観測量取得部５は、上記測位装置１０１が備える観測量取得部５と同様である。
前処理部６は、観測量取得部５が出力した観測量に対して、推定計算部１の計算が容易になるような前処理を適用して前処理後観測量を処理装置により計算する。前処理部６は、生成した前処理後観測量を出力する。
推定計算部１は、前処理部６が出力した前処理後観測量を入力として、対象の位置、速度、加速度等を推定した更新位置推定量、更新整数波数を処理装置により計算して、出力する。
推定部３は、前処理部６が出力した前処理後観測量と、後述する検定・更新部４が出力した更新位置推定量と更新整数波数と、推定部３自身が出力した位置推定量、実数波数推定量とを入力として、位置推定量と実数波数推定量とを処理装置により計算する。特に、推定部３は、更新整数波数により実数波数を変換することにより、後述する整数波数探索部２が探索すべき実数波数を減少させる。また、推定部３は、更新位置推定量を用いて高精度な実数波数の推定を行うとともに、整数波数と実数波数とを用いて高精度の位置推定を行う。つまり、推定部３は、上記測位装置１０１の実数波数推定部２０２と位置推定部２０５とを統合した機能を有する。
整数波数探索部２は、推定部３が出力した実数波数推定量を入力として、実数波数推定量に対応する整数波数の候補を処理装置により決定する。特に、整数波数探索部２は、推定部３が更新整数波数により変換した後の実数波数についてのみ探索を行えばよい。
検定・更新部４は、整数波数探索部２が出力した整数波数の候補と、既に決定している整数波数とを検定して、所定の基準を満たすものを整数波数として採用するとともに、上記基準を満たさないものは整数波数として採用せず棄却した更新整数波数を処理装置により計算する。また、検定・更新部４は、採用した整数波数を用いて位置推定量を計算する。検定・更新部４は、計算した位置推定量と推定部３が出力した位置推定量とを複合して、より正確な値に更新された更新位置推定量を処理装置により計算する。そして、検定・更新部４は、計算した更新整数波数と更新位置推定量とを出力する。なお、検定・更新部４は、計算した位置推定量と推定部３が出力した位置推定量とを複合して更新位置推定量を計算してもよいし、計算した位置推定量を更新位置推定量としてもよい。計算した位置推定量と推定部３が出力した位置推定量とを複合して検定・更新部４が更新位置推定量を計算した場合には、推定部３は、更新位置推定量のみを用いて高精度な実数波数の推定を行えばよい。一方、計算した位置推定量を検定・更新部４が更新位置推定量とした場合には、推定部３は、更新位置推定量と推定部３自身が出力した位置推定量とを複合して高精度な実数波数の推定を行えばよい（つまり、複合を次のエポックに持ち越して行えばよい）。
変換部７は、検定・更新部４が出力した更新位置推定量を入力として、適切な座標系や時系列に受信機の推定位置を処理装置により変換して、出力する。 Next, the positioning device 100 according to this embodiment will be described. FIG. 2 is a functional block diagram showing functions of the positioning device 100 according to this embodiment.
The positioning apparatus 100 includes an observation amount acquisition unit 5, a preprocessing unit 6, an estimation calculation unit 1, an integer wave number search unit 2, and a conversion unit 7. The estimation calculation unit 1 includes an estimation unit 3 and a test / update unit 4.
The observation amount acquisition unit 5 is the same as the observation amount acquisition unit 5 included in the positioning device 101.
The pre-processing unit 6 applies pre-processing that facilitates the calculation of the estimation calculation unit 1 to the observation amount output by the observation amount acquisition unit 5 and calculates the pre-processed observation amount by the processing device. The preprocessing unit 6 outputs the generated preprocessed observation amount.
The estimation calculation unit 1 uses the preprocessed observation amount output from the preprocessing unit 6 as an input, calculates the updated position estimation amount and updated integer wave number for estimating the target position, velocity, acceleration, etc. by the processing device, and outputs To do.
The estimation unit 3 includes a pre-processed observation amount output by the preprocessing unit 6, an updated position estimation amount and an updated integer wave number output by the test / update unit 4 described later, a position estimation amount output by the estimation unit 3 itself, Using the real wave number estimator as an input, the position estimator and the real wave number estimator are calculated by the processing device. In particular, the estimation unit 3 reduces the real wave number to be searched by the integer wave number search unit 2 described later by converting the real wave number using the updated integer wave number. In addition, the estimation unit 3 performs high-precision estimation of the real wave number using the updated position estimator, and performs high-precision position estimation using the integer wave number and the real wave number. That is, the estimation unit 3 has a function in which the real wave number estimation unit 202 and the position estimation unit 205 of the positioning device 101 are integrated.
The integer wave number search unit 2 uses the real wave number estimation amount output from the estimation unit 3 as an input, and the processing unit determines integer wave number candidates corresponding to the real wave number estimation amount. In particular, the integer wave number search unit 2 only needs to search for the real wave number after the estimation unit 3 converts it with the updated integer wave number.
The test / update unit 4 tests the integer wave number candidates output by the integer wave number search unit 2 and the already determined integer wave number, and adopts the one satisfying a predetermined criterion as the integer wave number. Those that do not satisfy are not adopted as integer wave numbers, and the updated updated integer wave number is calculated by the processor. Further, the test / update unit 4 calculates a position estimation amount using the adopted integer wave number. The test / update unit 4 combines the calculated position estimation amount and the position estimation amount output by the estimation unit 3 and calculates the updated position estimation amount updated to a more accurate value by the processing device. Then, the test / update unit 4 outputs the calculated updated integer wave number and the updated position estimation amount. The test / update unit 4 may calculate the updated position estimated amount by combining the calculated position estimated amount and the position estimated amount output by the estimating unit 3, or may calculate the updated position estimated amount using the updated position estimated amount. It may be an amount. In the case where the calculated position estimation amount and the position estimation amount output by the estimation unit 3 are combined and the test / update unit 4 calculates the update position estimation amount, the estimation unit 3 uses only the update position estimation amount. What is necessary is just to estimate the real wave number with high accuracy. On the other hand, when the verification / update unit 4 uses the calculated position estimation amount as the update position estimation amount, the estimation unit 3 combines the update position estimation amount and the position estimation amount output by the estimation unit 3 itself to increase the It is only necessary to accurately estimate the real wave number (that is, carry the composite over to the next epoch).
The conversion unit 7 receives the update position estimation amount output from the verification / update unit 4 as an input, converts the estimated position of the receiver into an appropriate coordinate system or time series by the processing device, and outputs the result.

推定部３は、基本構成としてカルマンフィルタの構成を備える。このフィルタを、測位装置１００の特長である、整数波数を用いて計算した高精度の位置推定量や整数波数を使用する構成に変更することで、位置及び実数波数の推定において収束時間を短縮する事や精度を向上する事を可能とする。以下にその構成と動作を説明する。 The estimation unit 3 includes a Kalman filter configuration as a basic configuration. By changing this filter to a configuration that uses a highly accurate position estimation amount or integer wave number calculated using integer wave numbers, which is a feature of positioning apparatus 100, the convergence time is shortened in position and real wave number estimation. It is possible to improve things and accuracy. The configuration and operation will be described below.

簡略化した条件下の推定量で構成した観測方程式を用いて推定部３の動作を説明する。ここで推定量とは、状態変数と共分散行列とである。条件を詳細に設定した観測方程式に対しても、以下の説明に基づき推定部３を応用する事ができる。
受信機が受信する周波数を１種類として、移動局を基準局近傍に静止していると近似する。すると、エポックｋにおける推定量の１つである状態変数ｘ（ｋ）は、相対位置ｐ（ｋ）と衛星数ｉ（ｋ）の一重差観測量に対応する実数波数Ｎ（ｋ）とから構成できる。そして、距離換算の一重差観測量ｙ（ｋ）は以下の方程式になる。 The operation of the estimator 3 will be described using an observation equation composed of estimated quantities under simplified conditions. Here, the estimated amount is a state variable and a covariance matrix. The estimation unit 3 can also be applied to an observation equation in which conditions are set in detail based on the following description.
It is approximated that the mobile station is stationary in the vicinity of the reference station with one frequency received by the receiver. Then, the state variable x (k), which is one of the estimated quantities in the epoch k, is composed of the relative position p (k) and the real wave number N (k) corresponding to the single difference observed quantity of the number of satellites i (k). it can. The single-difference observation amount y (k) in terms of distance is expressed by the following equation.

Ｉ（ｉ）はｉ行ｉ列の単位行列を示す。
Ａ^Ｔは行列Ａの転置を示す。
ｖ（ｋ）は観測雑音を示す。
観測行列Ｈ（ｋ）は、ｉ（ｋ）行３列の、各衛星位置を受信機位置から見た方向余弦行列Ａ（ｋ）と、搬送波の波長λを乗じたＩ（ｉ（ｋ））に等しいＬ（ｋ）とから構成される。
Ｎ（ｋ）の要素であるｎ（１、ｋ）からｎ（ｉ（ｋ）、ｋ）は、ｉ（ｋ）種類の各観測衛星に対応した一重差実数波数を示す。
より明確に記述する為に要素数ｉ（ｋ）となる衛星番号リストＳ（ｋ）を対応づけると、ｎ（［１、２、．．．、ｉ（ｋ）］、ｋ）は、ｎ（Ｓ（ｋ）、ｋ）と言い換えられる。ここでＳ（ｋ）の要素をｓ（１、ｋ）の様に記す。

I (i) represents a unit matrix of i rows and i columns.
^AT represents the transpose of the matrix A.
v (k) represents observation noise.
The observation matrix H (k) is I (i (k)) multiplied by the direction cosine matrix A (k) of each satellite position viewed from the receiver position and the wavelength λ of the carrier wave in i (k) rows and 3 columns. L (k) equal to
N (1, k) to n (i (k), k), which are elements of N (k), indicate a single-difference real wave number corresponding to each of i (k) types of observation satellites.
In order to describe it more clearly, if satellite number list S (k) having element number i (k) is associated, n ([1, 2,..., I (k)], k) becomes n ([ In other words, S (k), k). Here, the element of S (k) is written as s (1, k).

各エポックのカルマンフィルタ計算は、推定量の予測計算（又は時間更新計算）と更新計算（又は観測更新計算）とを順番に実行する事で実現される。Ａ⁻は中間結果となる予測計算後の推定量を示し、Ａ^＋はカルマンフィルタ出力となる更新計算後の推定量を示す。
以下にエポック（ｋ−１）からエポックｋに移行する予測計算式を示す。 The Kalman filter calculation of each epoch is realized by sequentially executing an estimation amount prediction calculation (or time update calculation) and update calculation (or observation update calculation). A ⁻ indicates an estimated amount after the prediction calculation that is an intermediate result, and A ⁺ indicates an estimated amount after the update calculation that is a Kalman filter output.
The prediction calculation formula for shifting from epoch (k-1) to epoch k is shown below.

Ｐｈ（ｋ−１、ｋ）はエポック（ｋ−１）からエポックｋへの状態遷移行列を示す。
Ｐ（ｋ）は、エポックｋの推定量の１つである共分散行列を示す。
Ｑ（ｋ−１、ｋ）は、エポック（ｋ−１）からエポックｋへの状態遷移時のシステム雑音行列を示す。
Ｎ０（ｋ）とＰ０（ｋ）とは、観測衛星が変化した際のＮとＰの初期値を示す。
観測衛星が変化しない場合のＰｈ（ｋ−１、ｋ）は、Ｉ（３＋ｉ（ｋ））となる。また観測衛星が変化しない場合と減少する場合とのＮ０は、Ｏ（ｉ（ｋ）、１）となり、Ｐ０はＯ（ｉ（ｋ））となる。
ここで、Ｏ（ｉ、ｊ）はｉ×ｊの零行列を示す。また、Ｏ（ｉ）はｉ×ｉの零行列を示す。
観測衛星が増加する場合のＮ０はＯ（ｉ（ｋ）、１）の追加される衛星の初期値に相当する要素が設定された行列である。
Ｐ０は、対角要素が対応する衛星の初期値で他の要素が０の正方行列となる。
観測衛星が変化する場合のＰｈ（ｋ−１、ｋ）が、相対位置推定量ｐ（ｘ）の変換行列Ｉ（３）と、Ｎの要素の変更に対応した一重差実数波数Ｎ（ｋ）の変換行列Ｔ（Ｓ（ｋ−１）、Ｓ（ｋ））とから構成されるのは自明である。
Ｐｈ（ｋ−１、ｋ）を以下に示す。

Ph (k-1, k) represents a state transition matrix from epoch (k-1) to epoch k.
P (k) represents a covariance matrix that is one of the estimators of epoch k.
Q (k−1, k) represents a system noise matrix at the time of state transition from epoch (k−1) to epoch k.
N0 (k) and P0 (k) indicate initial values of N and P when the observation satellite changes.
When the observation satellite does not change, Ph (k-1, k) is I (3 + i (k)). N0 when the observation satellite does not change and when the observation satellite decreases is O (i (k), 1), and P0 is O (i (k)).
Here, O (i, j) represents an i × j zero matrix. O (i) represents an i × i zero matrix.
N0 when the number of observation satellites increases is a matrix in which elements corresponding to the initial value of the satellite to which O (i (k), 1) is added are set.
P0 is a square matrix in which the diagonal elements are the initial values of the corresponding satellites and the other elements are zero.
When the observation satellite changes, Ph (k−1, k) is a single-difference real wave number N (k) corresponding to the change of the conversion matrix I (3) of the relative position estimation amount p (x) and N elements. It is obvious that it is composed of the transformation matrix T (S (k−1), S (k)).
Ph (k-1, k) is shown below.

衛星数が減少するＳの例と対応するＴ（Ｓ（ｋ−１）、Ｓ（ｋ））、Ｎ０（ｋ）及びＰ０（ｋ）を以下に示す。 T (S (k-1), S (k)), N0 (k), and P0 (k) corresponding to the example of S in which the number of satellites decreases are shown below.

新しく観測された衛星に対応する実数波数と共分散行列は、適切な値を初期値に設定する事になる。このようなＳの例と対応するＴ（Ｓ（ｋ−１）、Ｓ（ｋ））、Ｎ０（ｋ）及びＰ０（ｋ）を以下に示す。ここで、ｄｉａｇ（ｖ）は対角要素がｖで他の要素が０となる正方行列である。 Appropriate values for the real wave number and covariance matrix corresponding to the newly observed satellite are set as initial values. T (S (k-1), S (k)), N0 (k), and P0 (k) corresponding to such an example of S are shown below. Here, diag (v) is a square matrix in which the diagonal element is v and the other elements are 0.

観測行列Ｈの構成も変更が必要だが、これは新しい観測衛星のリストＳ（ｋ）に対応する方向余弦行列Ａ（ｋ）を生成すれば良い。Ｌ（ｋ）は新しい観測衛星数に対応してλＩ（ｉ（ｋ））となる。

The configuration of the observation matrix H also needs to be changed, and this may be achieved by generating a direction cosine matrix A (k) corresponding to a new observation satellite list S (k). L (k) becomes λI (i (k)) corresponding to the new number of observation satellites.

次に更新計算式を示す。 Next, the update formula is shown.

ｉｎｖ（Ａ）は、Ａの逆行列を示す。
Ｒ（ｋ）は、観測雑音行列を示す。
ｄｚ（ｋ）は、（観測量−予測観測量）に等しい観測量残差を示す。
Ｋは、カルマンゲインを示す。

inv (A) represents an inverse matrix of A.
R (k) represents an observation noise matrix.
dz (k) represents an observed amount residual equal to (observed amount−predicted observed amount).
K represents the Kalman gain.

以上の動作を行う推定部３が備える各機能について説明する。図３は、推定部３の機能を示す機能ブロック図である。
推定部３は、遅延処理部１１、予測計算部１２、変換処理部１３、残差計算部１４、更新計算部１５を備える。変換処理部１３は、観測量管理部２０、衛星管理部２１、各種行列管理部２２、推定量管理部２３、整数波数管理部２４を備える。残差計算部１４は、残差候補計算部２５、閾値計算部２７、異常量棄却部２８を備える。更新計算部１５は、カルマンゲイン計算部２９、状態変数更新処理部３０、共分散行列更新処理部３１を備える。 Each function with which the estimation part 3 which performs the above operation | movement is provided is demonstrated. FIG. 3 is a functional block diagram illustrating functions of the estimation unit 3.
The estimation unit 3 includes a delay processing unit 11, a prediction calculation unit 12, a conversion processing unit 13, a residual calculation unit 14, and an update calculation unit 15. The conversion processing unit 13 includes an observation amount management unit 20, a satellite management unit 21, various matrix management units 22, an estimated amount management unit 23, and an integer wave number management unit 24. The residual calculation unit 14 includes a residual candidate calculation unit 25, a threshold value calculation unit 27, and an abnormal amount rejection unit 28. The update calculation unit 15 includes a Kalman gain calculation unit 29, a state variable update processing unit 30, and a covariance matrix update processing unit 31.

遅延処理部１１は、前処理後観測量以外の推定部３への入力（つまり、検定・更新部４が出力した更新位置推定量と更新整数波数と、推定部３自身が出力した位置推定量、実数波数推定量）を入力として、これを蓄積し、蓄積された前時刻入力を出力する。これは、計算対象エポックをひとつ進めて入力に前エポックの出力を用いる事に相当する。 The delay processing unit 11 inputs to the estimation unit 3 other than the pre-processed observation amount (that is, the updated position estimation amount and the updated integer wave number output from the test / update unit 4 and the position estimation amount output from the estimation unit 3 itself. , Real wave number estimation amount) as an input, and this is accumulated and the accumulated previous time input is output. This is equivalent to advancing the calculation target epoch and using the output of the previous epoch as an input.

予測計算部１２は、遅延処理部１１が出力した前時刻入力に含まれる位置推定量と実数波数推定量とを用いて現時刻の各推定量の値（予測推定量）を処理装置により予測（計算）し、出力する。これは推定量の予測計算の一部に相当する。予測計算部１２は、後に示す図４に示す機能により、更新位置推定量を用いて予測計算性能を向上する。 The prediction calculation unit 12 predicts the value of each estimated amount (predicted estimated amount) at the current time by using the processing device using the position estimation amount and the real wave number estimation amount included in the previous time input output from the delay processing unit 11 ( Calculate) and output. This corresponds to a part of the prediction calculation of the estimator. The prediction calculation unit 12 improves the prediction calculation performance using the update position estimation amount by the function shown in FIG. 4 described later.

変換処理部１３は、前時刻入力に含まれる整数波数（更新整数波数）と予測計算部１２出力の予測推定量を入力として、現時刻の推定フィルタ計算に必要な整数波数処理後観測量と処理後予測推定量とを処理装置により計算して、出力する。これも予測計算の一部であり、観測衛星の変更に伴う変数変換に相当する。
衛星管理部２１は、前処理後観測量を用いて現時刻に観測されて使用可能な衛星を認識し、記憶装置に記憶する。衛星管理部２１は、使用可能な衛星の情報に基づき、整数波数及び予測推定量から使用可能な衛星に対応する情報だけを処理装置により抽出する。衛星管理部２１は、前時刻に使用していない衛星が使用可能な場合は、実数波数予測推定量に適切な初期値を設定して出力する。
各種行列管理部２２は、推定部３の各部が共用する行列を記憶装置に記憶する。
観測量管理部２０は、前処理後観測量に整数波数を用いた処理を処理装置により行い、整数波数処理後観測量を生成する。そして、観測量管理部２０は、後続する残差計算部１４と更新計算部１５とに対して、前処理観測量の代わりとなる整数波数処理後観測量を出力する。観測量管理部２０について詳しくは後述する。 The conversion processing unit 13 receives the integer wave number (updated integer wave number) included in the previous time input and the prediction estimator output from the prediction calculation unit 12 as inputs, and the observed amount and process after the integer wave number processing necessary for the estimation filter calculation at the current time The post-prediction estimated amount is calculated by the processing device and output. This is also a part of the prediction calculation, and corresponds to the variable conversion accompanying the change of the observation satellite.
The satellite management unit 21 recognizes a satellite that can be observed and used at the current time using the pre-processed observation amount, and stores it in the storage device. The satellite management unit 21 extracts only the information corresponding to the usable satellite from the integer wave number and the predicted estimation amount based on the information on the usable satellite. When a satellite that is not used at the previous time is usable, the satellite management unit 21 sets and outputs an appropriate initial value for the real wave number prediction estimator.
The various matrix management units 22 store the matrices shared by the respective units of the estimation unit 3 in the storage device.
The observation amount management unit 20 performs processing using an integer wave number for the pre-processed observation amount by the processing device, and generates an observation amount after the integer wave number processing. Then, the observed amount management unit 20 outputs an integer wave number processed post-observation amount instead of the preprocessed observation amount to the subsequent residual calculation unit 14 and the update calculation unit 15. Details of the observation amount management unit 20 will be described later.

なお、前処理後観測量が二重差観測量である場合は、差分の対象となる基準衛星を設定する必要がある。衛星管理部２１は、前処理後観測量が二重差観測量である場合の差分の対象となる基準衛星を記憶装置で管理する。
各種行列管理部２２と推定量管理部２３と整数波数管理部２４とは、基準衛星を変更する場合に、処理装置により適切な変換処理を行う。この場合の位置推定量は、二重差変数に対応した二点間距離（基線）及びその時間変化率等となる。 When the pre-processed observation amount is a double difference observation amount, it is necessary to set a reference satellite to be subjected to the difference. The satellite management unit 21 manages, with a storage device, a reference satellite that is a difference target when the post-processed observation amount is a double difference observation amount.
The various matrix management unit 22, the estimation amount management unit 23, and the integer wave number management unit 24 perform appropriate conversion processing by the processing device when the reference satellite is changed. The position estimation amount in this case is the distance between two points (baseline) corresponding to the double difference variable, its time change rate, and the like.

残差計算部１４は、整数波数処理後観測量と変換処理部１３が出力した整数波数処理後観測量と処理後予測推定量とから、これに対応する予測観測量との差分、すなわち観測量残差ｄｚ（ｋ）を処理装置により計算する。また、残差計算部１４は、計算した観測量残差ｄｚ（ｋ）が異常に大きい場合を検出して、観測量残差ｄｚ（ｋ）を処理装置により棄却する。
残差候補計算部２５は、処理後予測推定量に含まれる処理後予測状態変数と整数波数処理後観測量とを入力として、観測量残差候補を処理装置により計算して、出力する。観測量残差候補は、各種行列管理部２２で管理する観測行列Ｈであって、推定量から出力に変換する観測行列Ｈを、処理後予測状態変数に乗じて予測観測量を計算し、計算した予測観測量を整数波数処理後観測量から減算することで計算される。
閾値計算部２７は、残差候補計算部２５の処理と並行して、処理後予測状態変数と整数波数処理後観測量と各種行列管理部２２で管理している行列とを用いて、観測量残差の期待値を処理装置により計算し、この値を用いて異常値を判定するための判定閾値を計算して、出力する。
異常量棄却部２８は、残差候補計算部２５が出力した観測量残差候補と、閾値計算部２７が出力した判定閾値とを処理装置により比較して、観測量残差の異常を検出し異常値を棄却して出力する。 The residual calculation unit 14 calculates the difference between the observed number after the integer wave number processing, the observed number after the integer wave number output from the conversion processing unit 13 and the predicted estimated value after the processing, that is, the observed amount. The residual dz (k) is calculated by the processing device. Further, the residual calculation unit 14 detects a case where the calculated observed amount residual dz (k) is abnormally large, and rejects the observed amount residual dz (k) by the processing device.
The residual candidate calculation unit 25 receives the post-processing prediction state variable and the integer wave number post-processing observation amount included in the post-processing prediction estimation amount as input, and calculates and outputs an observation amount residual candidate by the processing device. The observation amount residual candidate is an observation matrix H managed by various matrix management units 22, and calculates a predicted observation amount by multiplying the post-processing prediction state variable by the observation matrix H that is converted from the estimated amount to the output. This is calculated by subtracting the predicted observed quantity from the observed quantity after integer wave number processing.
In parallel with the processing of the residual candidate calculation unit 25, the threshold calculation unit 27 uses the post-processing prediction state variable, the integer wave number post-processing observation amount, and the matrix managed by the various matrix management units 22. An expected value of the residual is calculated by the processing device, and a determination threshold value for determining an abnormal value is calculated and output using this value.
The abnormal amount rejection unit 28 compares the observation amount residual candidate output from the residual candidate calculation unit 25 with the determination threshold output from the threshold calculation unit 27 by the processing device, and detects an abnormality in the observation amount residual. Reject outliers and output.

更新計算部１５は、残差計算部１４が出力した観測量残差と、変換処理部１３が出力した処理後予測推定量と整数波数処理後観測量と、各種行列管理部２２で管理している行列とを用いて、推定量を処理装置により計算して、出力する。
カルマンゲイン計算部２９は、推定量の計算に用いるカルマンゲイン（状態推定変数）を処理装置により計算して、出力する。
状態変数更新処理部３０は、カルマンゲイン計算部２９が出力したカルマンゲインと処理後予測状態変数とに基づき、状態変数を処理装置により更新する。
共分散行列更新処理部３１は、カルマンゲイン計算部２９が出力したカルマンゲインと処理後予測推定量に含まれる処理後予測共分散行列と観測量残差とに基づき、共分散行列を処理装置により更新する。 The update calculation unit 15 manages the observation residuals output from the residual calculation unit 14, the post-process prediction estimation amount and the integer wave number post-processing observation output from the conversion processing unit 13, and various matrix management units 22. The estimated amount is calculated by the processing device using the matrix, and is output.
The Kalman gain calculation unit 29 calculates and outputs a Kalman gain (state estimation variable) used for calculation of the estimated amount by the processing device.
The state variable update processing unit 30 updates the state variable by the processing device based on the Kalman gain output from the Kalman gain calculation unit 29 and the post-processing predicted state variable.
The covariance matrix update processing unit 31 uses the processing device to generate a covariance matrix based on the Kalman gain output from the Kalman gain calculation unit 29, the post-processing prediction covariance matrix included in the post-processing prediction estimation amount, and the observation amount residual. Update.

次に、推定計算を必要としなくなった実数波数を推定量から除外する事で推定量規模を縮小する処理について説明する。推定量規模を縮小することで、収束時間の短縮や高精度化が可能となる。 Next, a description will be given of a process for reducing the estimated quantity scale by excluding the real wave number that no longer requires the estimation calculation from the estimated quantity. By reducing the estimated amount scale, the convergence time can be shortened and the accuracy can be improved.

推定量管理部２３は、新たに整数波数が確定した観測量に対応する実数波数推定量を処理装置により除外する。併せて、各種行列管理部２２は、対応する各種行列を変更する。説明のために上述した観測方程式を以下に再掲する。 The estimation amount management unit 23 excludes the real number wave number estimation amount corresponding to the observation amount whose integer wave number is newly determined by the processing device. In addition, the various matrix management units 22 change corresponding various matrices. For the sake of explanation, the above observation equation is reproduced below.

式８の右部から整数波数が確定した衛星の実数波数を除外するには、以下の式９のように、観測量から確定した整数波数に相当する量λＮｉ（ｋ）をあらかじめ除外する方法がある。ここで、Ｎｉ（ｋ）は確定した整数波数を示す。この結果、推定量から実数波数Ｎ（ｋ）を除外できる。つまり、

In order to exclude the real wave number of the satellite whose integer wave number has been determined from the right part of Equation 8, a method of excluding the quantity λNi (k) corresponding to the integer wave number determined from the observation amount in advance as shown in Equation 9 below. is there. Here, Ni (k) represents a fixed integer wave number. As a result, the real wave number N (k) can be excluded from the estimated amount. That means

となる。

It becomes.

これを実現するには、残差計算部１４及び更新計算部１５での処理に先立って、前処理後観測量から整数波数に対応する量を除外する。観測量管理部２０はこの処理（つまり、前処理後観測量から整数波数に対応する量を除外する処理）を行う。観測量管理部２０は、前処理後観測量から整数波数に対応する量を除外する処理の出力を整数波数処理後観測量として、前処理後観測量の代わりに残差計算部１４と更新計算部１５とへ出力する。
式９は全ての観測衛星で整数波数が確定した場合である。しかし、実際は右部にも整数波数が確定していない衛星の実数波数が含まれるし、左部の整数波数も確定した衛星の要素以外は０となる。
整数波数が確定した衛星は、推定量計算対象の衛星リストから除外できるが、観測衛星リストからは除外しない。つまり観測方程式からは除外しない。したがってこの観測方程式を実現する為には２種類の衛星リストが必要になる。ここで、観測衛星リストＳ（ｋ）と衛星数ｉ（ｋ）を、実数波数衛星リスト及び実数波数衛星数と再定義し、これに加えて、観測衛星リストＳ２（ｋ）と観測衛星数ｉ２（ｋ）を定義する。この結果として、観測行列Ｈ、及び観測量の構成が変更される。状態遷移行列Ｐｈは、Ｓ（ｋ）及びｉ（ｋ）を新しい定義に読み替える事で同じ式となる。 In order to realize this, prior to the processing in the residual calculation unit 14 and the update calculation unit 15, the amount corresponding to the integer wave number is excluded from the pre-processed observation amount. The observation amount management unit 20 performs this processing (that is, processing for excluding the amount corresponding to the integer wave number from the pre-processed observation amount). The observation amount management unit 20 sets the output of the processing for excluding the amount corresponding to the integer wave number from the pre-processed observation amount as the integer wave number processed observation amount, and updates the residual calculation unit 14 and the update calculation instead of the pre-processed observation amount. To the unit 15.
Equation 9 is the case where the integer wave number is determined for all observation satellites. However, in reality, the real wave number of the satellite whose integer wave number is not fixed is also included in the right part, and the elements other than the elements of the satellite whose left integer wave number is fixed are 0.
A satellite whose integer wave number has been determined can be excluded from the list of satellites to be estimated, but is not excluded from the observation satellite list. In other words, it is not excluded from the observation equation. Therefore, two types of satellite lists are required to realize this observation equation. Here, the observation satellite list S (k) and the number of satellites i (k) are redefined as the real wavenumber satellite list and the real wavenumber satellite number, and in addition, the observation satellite list S2 (k) and the number of observation satellites i2 Define (k). As a result, the configuration of the observation matrix H and the observation amount is changed. The state transition matrix Ph becomes the same formula by replacing S (k) and i (k) with new definitions.

ｙ２（ｋ）は整数波数処理後観測量である。
ｎｉ（ｉ、ｋ）はエポックｋで確定している整数波数Ｎｉ（ｋ）の要素であり、各衛星ｉの整数波数を示す。整数波数が確定していない衛星ｉでは０とする。

y2 (k) is the observed quantity after integer wave number processing.
ni (i, k) is an element of the integer wave number Ni (k) determined at the epoch k, and indicates the integer wave number of each satellite i. It is set to 0 for the satellite i whose integer wave number is not fixed.

次に、予測推定量を高精度化する処理について説明する。図４は、予測計算部１２の機能を示す機能ブロック図である。予測計算部１２は、推定量複合部３２、推定量予測部３３を備える。
予測計算部１２において、前時刻推定量と、整数波数を用いて検定・更新部４が計算した高精度な更新位置推定量とを複合する事で、予測推定量の一部である位置推定量を高精度化することが可能となる。
推定量複合部３２は、前時刻位置推定量と更新位置推定量とを複合して複合位置推定量を処理装置により計算して、出力する。
推定量予測部３３は、推定量複合部３２が出力した複合位置推定量と、前時刻実数波数推定量とに対して状態遷移行列を用いた予測計算を処理装置により行い、予測推定量を出力する。
複合位置推定量は、推定部３で推定した前時刻位置推定量よりも高精度化しているので、結果として実数波数の推定結果が高精度化される。 Next, a process for increasing the accuracy of the predicted estimation amount will be described. FIG. 4 is a functional block diagram illustrating functions of the prediction calculation unit 12. The prediction calculation unit 12 includes an estimation amount combination unit 32 and an estimation amount prediction unit 33.
In the prediction calculation unit 12, by combining the previous time estimation amount and the highly accurate update position estimation amount calculated by the test / update unit 4 using the integer wave number, the position estimation amount which is a part of the prediction estimation amount Can be made highly accurate.
The estimated amount combining unit 32 combines the previous time position estimated amount and the updated position estimated amount, calculates the combined position estimated amount by the processing device, and outputs the calculated amount.
The estimator prediction unit 33 performs a prediction calculation using the state transition matrix on the composite position estimator output by the estimator composite unit 32 and the previous time real wave number estimator, and outputs a predicted estimator. To do.
Since the composite position estimator is more accurate than the previous time position estimator estimated by the estimator 3, as a result, the estimation result of the real wave number is improved.

推定量複合部３２が複合計算する方法は幾つか考えられるが、例えば、２つの入力を重み付け加算する事で高精度化の効果を容易に得られる。以下に複合計算の例を示す。 Several methods can be conceived for the estimator composite unit 32 to perform composite calculation. For example, the effect of high accuracy can be easily obtained by weighted addition of two inputs. An example of combined calculation is shown below.

ｐｉ（ｋ）は、前記更新位置推定量である。
ｗ（ｋ）は、１以下の正数で表現した重み付け係数である。

pi (k) is the update position estimation amount.
w (k) is a weighting coefficient expressed by a positive number of 1 or less.

なお、上述したように、計算した位置推定量と推定部３が出力した位置推定量とを複合して検定・更新部４が更新位置推定量を計算した場合には、推定部３は、更新位置推定量のみを用いればよい。 As described above, when the test / update unit 4 calculates the updated position estimation amount by combining the calculated position estimation amount and the position estimation amount output by the estimation unit 3, the estimation unit 3 Only the position estimation amount may be used.

以上のように、この実施の形態に係る測位装置１００によれば、整数波数が確定した観測量の実数波数推定量を推定対象から除外し、かつ確定した値として整数波数を入力する事と、予測推定量と更新位置推定量とを複合する事で、より正確な値を用いた推定計算が可能である。また、この結果として推定部３の収束時間は従来と比して短縮され、高精度化される。また、実数波数推定機能の改良により整数波数の信頼性が高くなり、位置推定精度も高くなるとともに、収束時間も短縮される。 As described above, according to the positioning apparatus 100 according to this embodiment, the real wave number estimator of the observed quantity whose integer wave number is fixed is excluded from the estimation target, and the integer wave number is input as the fixed value; By combining the predicted estimator and the update position estimator, it is possible to perform an estimation calculation using a more accurate value. As a result, the convergence time of the estimation unit 3 is shortened compared to the conventional case, and the accuracy is improved. Moreover, the improvement of the real wave number estimation function increases the reliability of the integer wave number, increases the position estimation accuracy, and shortens the convergence time.

実施の形態２．
この実施の形態では、実施の形態１とは異なる方法により推定量規模を縮小する方法について説明する。 Embodiment 2. FIG.
In this embodiment, a method for reducing the estimated amount scale by a method different from that of the first embodiment will be described.

図５はこの実施の形態に係る推定部３の機能を示す機能ブロック図である。
推定量管理部２３に整数波数管理部２４の出力が入力されている事と、観測量管理部２０が無く、前処理観測量を直接に残差計算部１４と更新計算部１５とへ入力する事が、実施の形態１に係る推定部３と異なる。 FIG. 5 is a functional block diagram showing functions of the estimation unit 3 according to this embodiment.
The output of the integer wave number management unit 24 is input to the estimation amount management unit 23, and there is no observation amount management unit 20, and the preprocessed observation amount is directly input to the residual calculation unit 14 and the update calculation unit 15. This is different from the estimation unit 3 according to the first embodiment.

推定量管理部２３は、新たに整数波数が確定した観測量に対応する実数波数推定量を整数波数に処理装置により固定する。
併せて、各種行列管理部２２は、推定量に含まれる固定された整数波数を更新計算の対象から外すように、対応する各種行列を処理装置により変更する。
この結果、整数波数が確定している観測量も対応する実数波数予測推定量を確定した整数値として持つ事になる。このような処理を行う事で実施の形態１にあるような、残差計算部１４及び更新計算部１５での処理に先立って、前処理後観測量から整数波数に対応する量を除去しておく必要がなくなる。この結果として、前処理手順を簡略化することが可能になる。 The estimator managing unit 23 fixes the real wavenumber estimator corresponding to the observed quantity for which the integer wavenumber is newly determined to the integer wavenumber by the processing device.
In addition, the various matrix management units 22 change the corresponding various matrices by the processing device so as to exclude the fixed integer wave number included in the estimation amount from the update calculation target.
As a result, the observed quantity for which the integer wave number is fixed also has the corresponding real wave number prediction estimator as the fixed integer value. By performing such processing, the amount corresponding to the integer wave number is removed from the pre-processed observation amount prior to the processing in the residual calculation unit 14 and the update calculation unit 15 as in the first embodiment. There is no need to keep it. As a result, the preprocessing procedure can be simplified.

実施の形態３．
この実施の形態では、補強センサ５０で計測した位置推定量を推定部３の入力とすることで、推定精度を改善する測位装置１００について説明する。 Embodiment 3 FIG.
In this embodiment, the positioning device 100 that improves the estimation accuracy by using the position estimation amount measured by the reinforcement sensor 50 as an input to the estimation unit 3 will be described.

図６は、この実施の形態に係る測位装置１００の機能を示す機能ブロック図である。
この実施の形態に係る測位装置１００は、実施の形態１に係る測位装置１００とは、推定部３の入力に補強センサ５０が出力した位置推定量を推定部３へ入力する事が異なる。この実施の形態に係る測位装置１００では、衛星測位方式以外の方法で対象の位置推定量が得られる場合に、これを併用する事で推定精度を改善する事が可能となる。 FIG. 6 is a functional block diagram showing functions of the positioning device 100 according to this embodiment.
The positioning device 100 according to this embodiment is different from the positioning device 100 according to the first embodiment in that the position estimation amount output from the reinforcement sensor 50 is input to the estimation unit 3 as input to the estimation unit 3. In the positioning apparatus 100 according to this embodiment, when the target position estimation amount is obtained by a method other than the satellite positioning method, it is possible to improve the estimation accuracy by using this in combination.

図７は、この実施の形態に係る推定計算部１の機能の一部を示す機能ブロック図である。
補強センサ５０が出力した位置推定量は、推定量複合部５１に入力される。推定量複合部５１は、補強センサ５０が出力した位置推定量により、予測計算部１２が出力した予測推定量の精度を処理装置により向上し高精度予測推定量を計算して、出力する。推定量複合部５１が出力した高精度予測推定量は、他の実施例における予測計算部１２が出力した予測推定量に置換わり変換処理部１３に入力される。 FIG. 7 is a functional block diagram showing a part of the functions of the estimation calculation unit 1 according to this embodiment.
The estimated position amount output from the reinforcement sensor 50 is input to the estimated amount composite unit 51. Based on the position estimation amount output from the reinforcement sensor 50, the estimation amount combining unit 51 uses the processing device to improve the accuracy of the prediction estimation amount output from the prediction calculation unit 12, and calculates and outputs a highly accurate prediction estimation amount. The high-precision prediction estimated amount output from the estimated amount composite unit 51 is replaced with the predicted estimated amount output from the prediction calculation unit 12 in another embodiment and input to the conversion processing unit 13.

予測計算部１２の出力である予測推定量は、前時刻の推定量を基に予測した量なので、位置計算対象の運動の予測が困難な条件では誤差が拡大する。一般的な補強センサ５０は、実時間で位置計算対象の運動変化を高精度に検出できるのが特長である。この位置推定量出力を予測計算部１２が出力した予測推定量に複合する事で推定量の精度を向上する事が可能になる。複合計算方法は幾つか考えられるが、２つの入力を重み付け加算する事で高精度化の効果を容易に得られる。 Since the prediction estimation amount that is the output of the prediction calculation unit 12 is an amount predicted based on the estimation amount of the previous time, the error increases under conditions where it is difficult to predict the motion of the position calculation target. The general reinforcement sensor 50 is characterized in that it can detect a movement change of a position calculation target with high accuracy in real time. By combining this position estimation amount output with the prediction estimation amount output by the prediction calculation unit 12, the accuracy of the estimation amount can be improved. Several complex calculation methods are conceivable, but the effect of high accuracy can be easily obtained by weighted addition of two inputs.

以上のように、衛星測位方式以外の方法で対象の位置推定量が得られる場合に、その位置推定量と、予測計算部１２が出力した予測推定量と複合する事で、推定値の収束時間や精度を改善する事が可能となる。 As described above, when the target position estimation amount is obtained by a method other than the satellite positioning method, the estimated value convergence time is calculated by combining the position estimation amount and the prediction estimation amount output by the prediction calculation unit 12. And accuracy can be improved.

以上の実施の形態をまとめると次のようになる。
測位装置１００は、搬送波位相のアンビギュイティおよび受信機位置や速度等を推定する衛星測位方式において、既に確定しているアンビギュイティやこれを用いて計算した推定位置等を用いて未確定のアンビギュイティおよび受信機位置の推定性能（推定値の収束時間、位置精度など）を改善する。 The above embodiment can be summarized as follows.
In the satellite positioning method for estimating the carrier phase ambiguity and the receiver position, velocity, etc., the positioning apparatus 100 uses the already determined ambiguity, the estimated position calculated using the ambiguity, and the like. Improve ambiguity and receiver position estimation performance (estimated convergence time, position accuracy, etc.).

また、測位装置１００は、推定対象から確定アンビギュイティが得られているアンビギュイティ変数を外すことで推定対象の規模を小さくする。 In addition, the positioning apparatus 100 reduces the size of the estimation target by removing the ambiguity variable for which the definite ambiguity is obtained from the estimation target.

さらに、測位装置１００は、推定対象内の確定アンビギュイティが得られているアンビギュイティ変数を確定値に固定することで推定対象の規模を小さくする。 Furthermore, the positioning device 100 reduces the size of the estimation target by fixing the ambiguity variable in which the definite ambiguity within the estimation target is obtained to a fixed value.

また、さらに、測位装置１００は、推定対象内の受信機位置や速度等を、確定アンビギュイティを用いて計算した受信機位置や速度等と組合せて修正する。 Furthermore, the positioning apparatus 100 corrects the receiver position and speed in the estimation target in combination with the receiver position and speed calculated using the definite ambiguity.

次に、上記実施の形態における測位装置１００のハードウェア構成について説明する。
図８は、測位装置１００のハードウェア構成の一例を示す図である。
図８に示すように、測位装置１００は、プログラムを実行するＣＰＵ９１１（Ｃｅｎｔｒａｌ・Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ・Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサともいう）を備えている。ＣＰＵ９１１は、バス９１２を介してＲＯＭ９１３、ＲＡＭ９１４、ＬＣＤ９０１（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）、キーボード９０２、通信ボード９１５、磁気ディスク装置９２０と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。磁気ディスク装置９２０の代わりに、光ディスク装置、メモリカード読み書き装置などの記憶装置でもよい。 Next, the hardware configuration of the positioning device 100 in the above embodiment will be described.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of the positioning device 100.
As shown in FIG. 8, the positioning apparatus 100 includes a CPU 911 (also referred to as a central processing unit, a central processing unit, a processing unit, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, and a processor) that executes a program. The CPU 911 is connected to the ROM 913, the RAM 914, the LCD 901 (Liquid Crystal Display), the keyboard 902, the communication board 915, and the magnetic disk device 920 via the bus 912, and controls these hardware devices. Instead of the magnetic disk device 920, a storage device such as an optical disk device or a memory card read / write device may be used.

ＲＯＭ９１３、磁気ディスク装置９２０は、不揮発性メモリの一例である。ＲＡＭ９１４は、揮発性メモリの一例である。ＲＯＭ９１３とＲＡＭ９１４と磁気ディスク装置９２０とは、記憶装置の一例である。通信ボード９１５とキーボード９０２とは、入力装置の一例である。また、通信ボード９１５は、出力装置の一例である。さらに、通信ボード９１５は、通信装置の一例である。また、さらに、ＬＣＤ９０１は、表示装置の一例である。また、上記の通り、ＣＵＰ９０１は、処理装置の一例である。さらに、処理装置には、加算器、減算器、乗算器、除算器等の回路も含む。 The ROM 913 and the magnetic disk device 920 are examples of a nonvolatile memory. The RAM 914 is an example of a volatile memory. The ROM 913, the RAM 914, and the magnetic disk device 920 are examples of storage devices. The communication board 915 and the keyboard 902 are examples of input devices. The communication board 915 is an example of an output device. Furthermore, the communication board 915 is an example of a communication device. Furthermore, the LCD 901 is an example of a display device. Further, as described above, the CUP 901 is an example of a processing device. Further, the processing device includes circuits such as an adder, a subtracter, a multiplier, and a divider.

磁気ディスク装置９２０又はＲＯＭ９１３などには、オペレーティングシステム９２１（ＯＳ）、ウィンドウシステム９２２、プログラム群９２３、ファイル群９２４が記憶されている。プログラム群９２３のプログラムは、ＣＰＵ９１１、オペレーティングシステム９２１、ウィンドウシステム９２２により実行される。 An operating system 921 (OS), a window system 922, a program group 923, and a file group 924 are stored in the magnetic disk device 920 or the ROM 913. The programs in the program group 923 are executed by the CPU 911, the operating system 921, and the window system 922.

プログラム群９２３には、上記の説明において「推定計算部１」、「整数波数探索部２」、「観測量取得部５」、「前処理部６」、「変換部７」等として説明した機能を実行するプログラムやその他のプログラムが記憶されている。プログラムは、ＣＰＵ９１１により読み出され実行される。
ファイル群９２４には、上記の説明において「観測量」、「前処理後観測量」、「位置推定量」、「実数波数推定量」、「整数波数候補」、「整数波数」、「波数検定結果」、「更新位置推定量」、「更新整数波数」、「予測推定量」、「処理後予測推定量」、「予測間測量」、「判定閾値」、「観測量残差」、「推定量補償量」、「推定量出力」等として説明した情報やデータや信号値や変数値やパラメータが、「ファイル」や「データベース」の各項目として記憶される。「ファイル」や「データベース」は、ディスクやメモリなどの記録媒体に記憶される。ディスクやメモリなどの記憶媒体に記憶された情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、読み書き回路を介してＣＰＵ９１１によりメインメモリやキャッシュメモリに読み出され、抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・出力・印刷・表示などのＣＰＵ９１１の動作に用いられる。抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・出力・印刷・表示のＣＰＵ９１１の動作の間、情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、メインメモリやキャッシュメモリやバッファメモリに一時的に記憶される。
また、上記の説明におけるフローチャートの矢印の部分は主としてデータや信号の入出力を示し、データや信号値は、ＲＡＭ９１４のメモリ、その他光ディスク等の記録媒体に記録される。また、データや信号は、バス９１２や信号線やケーブルその他の伝送媒体によりオンライン伝送される。 The program group 923 includes the functions described as “estimation calculation unit 1”, “integer wave number search unit 2”, “observation amount acquisition unit 5”, “preprocessing unit 6”, “conversion unit 7” and the like in the above description. A program for executing and other programs are stored. The program is read and executed by the CPU 911.
In the file group 924, “observation quantity”, “pre-process observation quantity”, “position estimation quantity”, “real wave number estimation quantity”, “integer wave number candidate”, “integer wave number”, “wave number test” Result, Update position estimator, Update integer wave number, Prediction estimator, Preprocessed estimator, Inter-prediction survey, Judgment threshold, Observed residual, Estimate Information, data, signal values, variable values, and parameters described as “quantity compensation amount”, “estimated amount output”, and the like are stored as items of “file” and “database”. The “file” and “database” are stored in a recording medium such as a disk or a memory. Information, data, signal values, variable values, and parameters stored in a storage medium such as a disk or memory are read out to the main memory or cache memory by the CPU 911 via a read / write circuit, and extracted, searched, referenced, compared, and calculated. Used for the operation of the CPU 911 such as calculation / processing / output / printing / display. Information, data, signal values, variable values, and parameters are temporarily stored in the main memory, cache memory, and buffer memory during the operation of the CPU 911 for extraction, search, reference, comparison, calculation, calculation, processing, output, printing, and display. Is remembered.
In addition, the arrows in the flowcharts in the above description mainly indicate input / output of data and signals, and the data and signal values are recorded in a memory of the RAM 914 and other recording media such as an optical disk. Data and signals are transmitted online via a bus 912, signal lines, cables, or other transmission media.

また、上記の説明において「〜部」として説明するものは、「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」、「〜手段」、「〜機能」であってもよく、また、「〜ステップ」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。また、「〜装置」として説明するものは、「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」、「〜手段」、「〜機能」であってもよく、また、「〜ステップ」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。さらに、「〜処理」として説明するものは「〜ステップ」であっても構わない。すなわち、「〜部」として説明するものは、ＲＯＭ９１３に記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。或いは、ソフトウェアのみ、或いは、素子・デバイス・基板・配線などのハードウェアのみ、或いは、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、さらには、ファームウェアとの組み合わせで実施されても構わない。ファームウェアとソフトウェアは、プログラムとして、ＲＯＭ９１３等の記録媒体に記憶される。プログラムはＣＰＵ９１１により読み出され、ＣＰＵ９１１により実行される。すなわち、プログラムは、上記で述べた「〜部」としてコンピュータ等を機能させるものである。あるいは、上記で述べた「〜部」の手順や方法をコンピュータ等に実行させるものである。 In addition, what is described as “to part” in the above description may be “to circuit”, “to device”, “to device”, “to means”, and “to function”. It may be “step”, “˜procedure”, “˜processing”. In addition, what is described as “˜device” may be “˜circuit”, “˜device”, “˜equipment”, “˜means”, “˜function”, and “˜step”, “ ~ Procedure "," ~ process ". Furthermore, what is described as “to process” may be “to step”. That is, what is described as “˜unit” may be realized by firmware stored in the ROM 913. Alternatively, it may be implemented only by software, only hardware such as elements, devices, substrates, wirings, etc., or a combination of software and hardware, and further a combination of firmware. Firmware and software are stored in a recording medium such as ROM 913 as a program. The program is read by the CPU 911 and executed by the CPU 911. That is, the program causes a computer or the like to function as the “˜unit” described above. Alternatively, the computer or the like is caused to execute the procedures and methods of “to part” described above.

測位装置１００の基礎となる測位装置１０１の機能を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the function of the positioning apparatus 101 used as the foundation of the positioning apparatus 100. FIG. 実施の形態１に係る測位装置１００の機能を示す機能ブロック図。FIG. 3 is a functional block diagram showing functions of the positioning device 100 according to the first embodiment. 実施の形態１に係る推定部３の機能を示す機能ブロック図。FIG. 3 is a functional block diagram showing functions of the estimation unit 3 according to the first embodiment. 実施の形態１に係る予測計算部１２の機能を示す機能ブロック図。FIG. 3 is a functional block diagram showing functions of a prediction calculation unit 12 according to the first embodiment. 実施の形態２に係る推定部３の機能を示す機能ブロック図。FIG. 4 is a functional block diagram illustrating functions of an estimation unit 3 according to Embodiment 2. 実施の形態３に係る測位装置１００の機能を示す機能ブロック図。FIG. 9 is a functional block diagram showing functions of the positioning device 100 according to the third embodiment. 実施の形態３に係る推定部３の機能の一部を示す機能ブロック図。FIG. 9 is a functional block diagram showing a part of functions of the estimation unit 3 according to the third embodiment. 測位装置１００のハードウェア構成の一例を示す図。The figure which shows an example of the hardware constitutions of the positioning apparatus 100.

Explanation of symbols

１推定計算部、２整数波数探索部、３推定部、４検定・更新部、５観測量取得部、６前処理部、７変換部、１１遅延処理部、１２予測計算部、１３変換処理部、１４残差計算部、１５更新計算部、２０観測量管理部、２１衛星管理部、２２各種行列管理部、２３推定量管理部、２４整数波数管理部、２５残差候補計算部、２７閾値計算部、２８異常量棄却部、２９カルマンゲイン計算部、３０状態変数更新処理部、３１共分散行列更新処理部、３２推定量複合部、３３推定量予測部、５０補強センサ、５１推定量複合部、１００，１０１測位装置、２０１推定計算部、２０２実数波数推定部、２０４検定部、２０５位置推定部、２０６二重差処理部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Estimation calculation part, 2 Integer wave number search part, 3 Estimation part, 4 Test / update part, 5 Observation amount acquisition part, 6 Preprocessing part, 7 Conversion part, 11 Delay processing part, 12 Prediction calculation part, 13 Conversion processing part , 14 residual calculation unit, 15 update calculation unit, 20 observation amount management unit, 21 satellite management unit, 22 various matrix management units, 23 estimator management unit, 24 integer wave number management unit, 25 residual candidate calculation unit, 27 threshold value Calculation unit, 28 Abnormal amount rejection unit, 29 Kalman gain calculation unit, 30 State variable update processing unit, 31 Covariance matrix update processing unit, 32 Estimated amount composite unit, 33 Estimated amount prediction unit, 50 Reinforcement sensor, 51 Estimated amount composite Unit, 100, 101 positioning device, 201 estimation calculation unit, 202 real wave number estimation unit, 204 testing unit, 205 position estimation unit, 206 double difference processing unit.

Claims

It is a positioning device that measures the relative position between multiple receivers using the carrier phase of the signal transmitted by the positioning satellite,
An observation amount acquisition unit for acquiring an observation amount for each receiver obtained from the signal received by each receiver of a plurality of receivers and storing the observation amount in a storage device;
Based on the observation amount acquired by the observation amount acquisition unit and the integer wave number that has been determined among the wave numbers that are the integer part of the carrier phase distance of the signals received by the plurality of receivers, An estimation unit for calculating at least one of an estimation amount of a wave number of a signal received by the receiver and an estimation amount relating to a position of the receiver and a motion of the receiver by a processing device;
A positioning apparatus, comprising: an integer wave number determination unit that determines, by a processing device, a wave number corresponding to the estimated amount calculated by the estimation unit by a predetermined method.

The positioning device according to claim 1, wherein the estimation unit calculates an estimation amount using the wave number determined by the integer wave number determination unit as an integer wave number.

2. The estimation unit calculates an estimation amount based on an estimation amount obtained by combining an estimation amount calculated last time and an estimation amount calculated based on the wave number determined by the integer wave number determination unit. Or the positioning apparatus of 2.

The said estimation part calculates the estimation amount of the wave number remove | excluding the wave number corresponding to the said integer wave number from the wave number of the signal which these several receivers received, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Positioning device.

The estimation unit calculates an estimation amount by fixing a value of a wave number corresponding to the integer wave number to a value of the integer wave number among wave numbers of signals received by the plurality of receivers. The positioning device according to any one of 1 to 4.

The estimation unit calculates an estimation amount by a processing device based on position information or velocity information obtained by a method other than the satellite positioning method in addition to the observation amount and the integer wave number. 5. The positioning device according to any one of 5 to 5.

It is a positioning method that measures the relative position between multiple receivers using the carrier phase of the signal transmitted by the positioning satellite,
An observation amount acquisition step of acquiring an observation amount for each receiver obtained from the signal received by each receiver of the plurality of receivers;
Based on the observation amount acquired in the observation amount acquisition step and the integer wave number that is an already determined wave number among the wave numbers that are the integer part of the carrier phase distance of the signals received by the plurality of receivers An estimation step for calculating an estimate of the wave number of the signal received by the receiver;
A positioning method comprising: an integer wave number determination step for determining a wave number corresponding to the estimation amount calculated in the estimation step by a predetermined method.

A positioning program that measures the relative position between multiple receivers using the carrier phase of the signal transmitted by a positioning satellite.
An observation amount acquisition process for acquiring an observation amount for each receiver obtained from the signal received by each receiver of the plurality of receivers;
Based on the observation amount acquired in the observation amount acquisition process and the integer wave number that is already determined among the wave numbers that are the integer part of the carrier phase distance of the signals received by the plurality of receivers, An estimation process for calculating an estimate of the wave number of the signal received by the receiver;
A positioning program for causing a computer to execute an integer wave number determination process for determining a wave number corresponding to the estimated amount calculated in the estimation process by a predetermined method.