JP2010071686A - Positioning apparatus, computer program, and positioning method - Google Patents

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Hideaki Shironaga
英晃 白永
Nobuaki Kubo
信明 久保
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positioning apparatus, a computer program, and a positioning method which can speed up ambiguity calculations and increase a period of time allowing the positioning of RTK in the urban area. <P>SOLUTION: In the positioning apparatus, a satellite communications section 12 includes a code phase measuring section 121 for measuring the pseudo-distance to each satellite, a carrier phase measuring section 122 for measuring the phase of the carrier of each satellite, and a carrier frequency measuring section 123 for measuring the frequency of the carrier of each satellite. A processing section 11 measures the frequency of the carrier of each satellite to determine a Doppler shift, thereby calculating the velocity vector of an object to be positioned 100. The processing section 11 determines the center B of a solution search range by B=A+T*V, with the position of the object to be positioned 100 before positioning being A, the velocity vector being V, and the time interval of velocity vector calculations being T and determines ambiguity with the solution search range limited. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、GNSS測位用衛星(例えば、GPS測位用衛星など)から送信される信号を用いて車両又は人等の測位対象の位置を測位する測位装置、該測位装置を実現するためのコンピュータプログラム及び測位方法に関する。   The present invention relates to a positioning device that measures the position of a positioning target such as a vehicle or a person using a signal transmitted from a GNSS positioning satellite (for example, a GPS positioning satellite), and a computer program for realizing the positioning device. And a positioning method.

測位用衛星から送信される信号を受信装置(測位対象)で受信し、受信した信号に含まれる搬送波位相(キャリア位相)を測定し、測定した搬送波位相及び測位用衛星の位置に基づいて受信装置の位置を測位する測位方法が各分野で利用されている。   A signal transmitted from a positioning satellite is received by a receiving device (positioning target), a carrier phase (carrier phase) included in the received signal is measured, and the receiving device is based on the measured carrier phase and the position of the positioning satellite. Positioning methods for measuring the position of the are used in various fields.

上述の測位方法では、例えば、複数の測位用衛星の中から基準とする測位用衛星に対する測位用衛星(基準以外)の搬送波位相の差(一重位相差)を求め、一重位相差の差(二重位相差)を求める。この位相差は、波数単位に変換すると整数部と小数部とに分けることができる。受信装置で測定できる位相は2π(0〜360deg)の範囲内の小数部であり、整数部(2πの整数倍)を直接測定することはできない。この整数部をアンビギュイティ、整数バイアスなどと称する。   In the above positioning method, for example, a carrier phase difference (single phase difference) of a positioning satellite (other than the reference) with respect to a reference positioning satellite is obtained from a plurality of positioning satellites, and a single phase difference difference (two (Multiple phase difference). This phase difference can be divided into an integer part and a decimal part when converted into wave number units. The phase that can be measured by the receiving apparatus is a fractional part within a range of 2π (0 to 360 deg), and an integer part (integer multiple of 2π) cannot be directly measured. This integer part is referred to as ambiguity, integer bias, or the like.

上述のような搬送波位相を用いる測位装置(例えば、RTK−GPS受信装置)では、一旦アンビギュイティを算出することができれば、各測位用衛星が送信する信号を捕捉している限り連続的に測位対象の位置を測位することが可能である。しかし、測位用衛星からの電波が一度途切れた場合(例えば、サイクルスリップした場合)、再度アンビギュイティを算出する必要があり、測位を再開することができるまでに数秒から数十秒を要することがあった。   In a positioning device using the carrier phase as described above (for example, an RTK-GPS receiver), once the ambiguity can be calculated, the positioning is continuously performed as long as the signal transmitted by each positioning satellite is captured. It is possible to measure the position of the object. However, if the radio wave from the positioning satellite is interrupted once (for example, if the cycle slips), it is necessary to calculate the ambiguity again, and it takes several seconds to several tens of seconds before the positioning can be resumed. was there.

このため、例えば、特許文献1では、電波を受信可能な測位用衛星の数が増減した場合、あるいは、基準となる測位用衛星を切り替えた場合に、新たな整数バイアス(アンビギュイティ)を推定せず、変化前に推定した基線ベクトルを用いて変化後のfloating ambiguityを推定することにより、測位に要する計算時間を短縮することができるキャリア位相相対測位装置が開示されている。   For this reason, for example, in Patent Document 1, a new integer bias (ambiguity) is estimated when the number of positioning satellites that can receive radio waves increases or decreases, or when the reference positioning satellite is switched. In addition, there is disclosed a carrier phase relative positioning device that can reduce the calculation time required for positioning by estimating the floating ambiguity after the change using the baseline vector estimated before the change.

また、特許文献2では、測位中に求めていた測位局の位置を非測位中に保持しておき、測位開始時に、保持していた測位位置から計算位相差を求め、計算位相差の小数部が±0.5サイクルの範囲で観測位相差と一致するように計算位相差を修正し、修正した計算位相差を整数バイアスとすることにより、電源投入後の測位開始を速やかに行うことができる測位装置が開示されている。
特開2003−185728号公報 特開2003−194915号公報
In Patent Document 2, the position of the positioning station obtained during positioning is held during non-positioning, the calculated phase difference is obtained from the held positioning position at the start of positioning, and the decimal part of the calculated phase difference is obtained. By correcting the calculated phase difference so that it agrees with the observed phase difference in the range of ± 0.5 cycles and using the corrected calculated phase difference as an integer bias, positioning can be started immediately after power-on. A positioning device is disclosed.
JP 2003-185728 A Japanese Patent Laid-Open No. 2003-194915

しかしながら、特許文献1の装置では、電波を受信可能な(観測可能な)衛星の数が増減した場合の高速なアンビギュイティ推定法が示されているものの、トンネル内や高架下などのほとんど衛星からの電波を受信できなくなった状態からの高速なアンビギュイティ決定は困難であり、都市部での高精度測位の利用率拡大のためには新たな手法の開発が必要であった。特に、ビルなどの遮蔽物が多い都市部においては、サイクルスリップが高い頻度で発生するので、その都度アンビギュイティの算出に長時間を要し、RTK(リアルタイムキネマティック)のサービスを受けることができる時間が短くなるという問題があった。   However, although the device of Patent Document 1 shows a high-speed ambiguity estimation method when the number of satellites that can receive (observable) radio waves increases or decreases, most of the satellites in the tunnel or under the overhead are used. It was difficult to determine ambiguity at a high speed when it was not possible to receive radio waves from the satellite, and it was necessary to develop a new method to expand the utilization rate of high-precision positioning in urban areas. In particular, in urban areas where there are many shielding objects such as buildings, cycle slips occur frequently, so each time it takes a long time to calculate ambiguity and receive RTK (real-time kinematic) services. There was a problem that the time that could be shortened.

また、特許文献2の装置では、計算位相差の小数部の±0.5サイクルの範囲に限定して計算位相差を修正するため、例えば、車両のように比較的高速で移動する測位対象のように、非測位中にキャリア位相差の1サイクルを距離換算した距離の約2分の1を越えて移動するような場合には整数バイアスを決定することができず、測位が可能な時間を増加させることができなかった。   Further, in the apparatus of Patent Document 2, since the calculation phase difference is corrected within a range of ± 0.5 cycle of the decimal part of the calculation phase difference, for example, a positioning target that moves at a relatively high speed like a vehicle is used. As described above, during a non-positioning, when one cycle of the carrier phase difference moves beyond about one half of the distance converted, the integer bias cannot be determined, and the time for positioning can be determined. Could not increase.

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、アンビギュイティの算出を高速化し、都市部などにおけるRTKの測位が可能な時間を大幅に増加させることができる測位装置、該測位装置を実現するためのコンピュータプログラム及び測位方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a positioning device capable of speeding up the calculation of ambiguity and greatly increasing the time during which RTK positioning is possible in an urban area or the like, and the positioning device An object of the present invention is to provide a computer program and a positioning method for realizing the above.

第1発明に係る測位装置は、複数の測位用衛星が送信した各搬送波を受信する受信部を備え、該受信部で受信した各搬送波の位相に基づいて測位を行う測位装置において、測位前の自身の位置を取得する位置取得手段と、該位置取得手段で取得した位置からの速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出手段と、前記位置取得手段で取得した位置及び前記速度ベクトル算出手段で算出した速度ベクトルを用いて、位相に含まれるアンビギュイティを決定するアンビギュイティ決定手段と、該アンビギュイティ決定手段で決定したアンビギュイティに基づいて自身の位置を測位する測位手段とを備えることを特徴とする。   A positioning device according to a first aspect of the present invention includes a receiving unit that receives each carrier transmitted by a plurality of positioning satellites, and performs positioning based on the phase of each carrier received by the receiving unit. Position acquisition means for acquiring its own position, speed vector calculation means for calculating a speed vector from the position acquired by the position acquisition means, position acquired by the position acquisition means, and speed calculated by the speed vector calculation means Ambiguity determining means for determining an ambiguity included in a phase using a vector, and positioning means for positioning its own position based on the ambiguity determined by the ambiguity determining means. Features.

第2発明に係る測位装置は、第1発明において、前記速度ベクトル算出手段は、前記受信部で受信した各搬送波のドップラーシフトに基づいて速度ベクトルを算出するように構成してあることを特徴とする。   A positioning apparatus according to a second invention is characterized in that, in the first invention, the velocity vector calculating means is configured to calculate a velocity vector based on a Doppler shift of each carrier wave received by the receiving unit. To do.

第3発明に係る測位装置は、第1発明において、速度に関する情報を取得する速度情報取得手段と、旋回角度を取得する角度取得手段とを備え、前記速度ベクトル算出手段は、前記速度情報取得手段で取得した速度及び前記角度取得手段で取得した旋回角度に基づいて速度ベクトルを算出するように構成してあることを特徴とする。   The positioning device according to a third aspect of the present invention comprises, in the first aspect of the present invention, speed information acquisition means for acquiring information related to speed and angle acquisition means for acquiring a turning angle, wherein the speed vector calculation means is the speed information acquisition means. The speed vector is calculated on the basis of the speed acquired in step 1 and the turning angle acquired by the angle acquisition means.

第4発明に係る測位装置は、第1発明乃至第3発明のいずれか1つにおいて、前記位置取得手段で取得した位置の信頼性を判定する位置信頼性判定手段を備え、前記アンビギュイティ決定手段は、前記位置信頼性判定手段での判定結果に応じて、アンビギュイティを決定するように構成してあることを特徴とする。   A positioning apparatus according to a fourth aspect of the present invention is the positioning apparatus according to any one of the first to third aspects, further comprising position reliability determination means for determining the reliability of the position acquired by the position acquisition means, and determining the ambiguity. The means is characterized in that ambiguity is determined according to the determination result of the position reliability determination means.

第5発明に係る測位装置は、第1発明において、各搬送波の位相に含まれるアンビギュイティの初期値を算出する初期値算出手段と、該初期値算出手段で算出した初期値の信頼度を判定する初期値信頼度判定手段と、該初期値信頼度判定手段で判定した信頼度に応じて、前記位相に含まれるアンビギュイティの探索範囲の大きさを設定する探索範囲設定手段とを備え、前記アンビギュイティ決定手段は、前記探索範囲設定手段で設定した探索範囲に基づいて、アンビギュイティを決定するように構成してあることを特徴とする。   The positioning device according to a fifth aspect of the present invention is the positioning apparatus according to the first aspect, wherein the initial value calculating means for calculating the initial value of the ambiguity included in the phase of each carrier wave, and the reliability of the initial value calculated by the initial value calculating means. Initial value reliability determination means for determining, and search range setting means for setting the size of the search range of the ambiguity included in the phase according to the reliability determined by the initial value reliability determination means. The ambiguity determining means is configured to determine ambiguity based on the search range set by the search range setting means.

第6発明に係る測位装置は、第5発明において、前記探索範囲設定手段は、測位前の自身の位置が測位された時点からの時間経過に応じて、探索範囲の大きさを設定するように構成してあることを特徴とする。   The positioning device according to a sixth aspect of the present invention is the positioning device according to the fifth aspect, wherein the search range setting means sets the size of the search range according to the passage of time from the time when the position before positioning is positioned. It is configured.

第7発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータを、複数の測位用衛星が送信した各搬送波の位相に含まれるアンビギュイティを決定するための手段として機能させるためのコンピュータプログラムにおいて、コンピュータを、測位前の自身の位置からの速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出手段と、前記自身の位置及び算出した速度ベクトルを用いて、位相に含まれるアンビギュイティを決定するアンビギュイティ決定手段として機能させることを特徴とする。   A computer program according to a seventh aspect of the present invention is a computer program for causing a computer to function as a means for determining an ambiguity included in a phase of each carrier wave transmitted by a plurality of positioning satellites. A velocity vector calculating means for calculating a velocity vector from its own position and an ambiguity determining means for determining an ambiguity included in the phase using the own position and the calculated velocity vector. Features.

第8発明に係る測位方法は、複数の測位用衛星が送信した各搬送波を受信する受信部を備え、該受信部で受信した各搬送波の位相に基づいて測位を行う測位装置による測位方法において、測位前の自身の位置を取得し、取得した位置からの速度ベクトルを算出し、取得した位置及び算出した速度ベクトルを用いて、位相に含まれるアンビギュイティを決定し、決定したアンビギュイティに基づいて自身の位置を測位することを特徴とする。   A positioning method according to an eighth aspect of the present invention is a positioning method by a positioning device that includes a receiving unit that receives each carrier transmitted by a plurality of positioning satellites, and performs positioning based on the phase of each carrier received by the receiving unit. Acquires the position before positioning, calculates the velocity vector from the acquired position, determines the ambiguity included in the phase using the acquired position and the calculated velocity vector, and determines the determined ambiguity It is characterized in that its own position is measured based on it.

第1発明、第7発明及び第8発明にあっては、測位前の自身(測位対象)の位置(例えば、過去に測位した自身の位置)を取得する。自身の位置の取得には、いくつかの方法がある。例えば、後述するRTK−GPSで決定した解(測位位置)を用いてもよく、あるいは、磁気ネイル又は光ビーコン等の路側装置との通信により自身の位置を求めることもできる。なお、測位位置の精度が高い方が望ましい。次に、取得した自身の位置からの速度ベクトルを算出する。速度ベクトルの算出は、例えば、測位用衛星が送信した搬送波の周波数を検出することにより、ドップラーシフトを算出して自身の速度ベクトルを算出することができる。また、車輪速センサで速度を検出するとともにジャイロセンサで移動方位を検出することで速度ベクトルを算出してもよい。   In the 1st invention, 7th invention, and 8th invention, the position (for example, own position measured in the past) of self (positioning object) before positioning is acquired. There are several ways to get your position. For example, a solution (positioning position) determined by RTK-GPS, which will be described later, may be used, or the position of itself can be obtained by communication with a roadside device such as a magnetic nail or an optical beacon. In addition, the one where the precision of a positioning position is higher is desirable. Next, the velocity vector from the acquired own position is calculated. For example, the velocity vector can be calculated by detecting the frequency of the carrier wave transmitted by the positioning satellite and calculating the Doppler shift. Alternatively, the speed vector may be calculated by detecting the speed with a wheel speed sensor and detecting the moving direction with a gyro sensor.

取得した位置及び算出した速度ベクトルを用いて、位相に含まれるアンビギュイティを決定する。より具体的には、測位前の自身の位置をAとし、速度ベクトルをVとし、速度ベクトル算出の時間間隔をTとすると、解の探索範囲の中心Bを、B=A+T・Vにより求め、解の探索範囲を制限してアンビギュイティ(RTK−GPSの解)を決定する。解の探索範囲は、DGPSで解を求める場合に比べて、狭くすることができ正しい解を求めることができる期待値が向上する。すなわち、特に都市部の場合、信号を受信可能な衛星の配置が悪くなることが多く、またマルチパスの影響も大きい。そのためDGPSで求めた解は誤差が大きくなりやすく、解を探索する範囲が広くなるため正確な解が得られないことが多い。一方、ドップラーシフトにより得られる速度ベクトルを用いる場合、ドップラーシフトはマルチパスの影響を比較的受けにくく、擬似距離を用いるDGPSと比較してノイズが非常に小さい。そのため速度ベクトルの誤差が少なく、解の探索範囲をDGPSの場合に比べて一層制限することができる。なお、車輪速センサ及びジャイロセンサにより得られる速度ベクトルを用いる場合にも、用いるセンサの精度に応じて解の探索範囲を設定し、アンビギュイティを決定することができる。決定したアンビギュイティに基づいて自身の位置を測位する。過去の測位位置と速度ベクトルとから解の探索範囲を制限した上でアンビギュイティを決定するので、従来の方法に比べてアンビギュイティの算出を高速化し、都市部などにおけるRTK−GPSの測位が可能な時間を大幅に増加させることができる。そして、RTK−GPSの1回の測定(1エポック)で解を算出することができる。   The ambiguity included in the phase is determined using the acquired position and the calculated velocity vector. More specifically, if the position before positioning is A, the velocity vector is V, and the velocity vector calculation time interval is T, the solution search range center B is obtained by B = A + T · V, The ambiguity (RTK-GPS solution) is determined by limiting the solution search range. The solution search range can be narrowed compared to the case where the solution is obtained by DGPS, and the expected value for obtaining the correct solution is improved. That is, particularly in urban areas, the arrangement of satellites that can receive signals often deteriorates and the influence of multipath is also great. For this reason, the error obtained by the DGPS is likely to have a large error, and an accurate solution is often not obtained because the range for searching for the solution becomes wide. On the other hand, when a velocity vector obtained by Doppler shift is used, Doppler shift is relatively less susceptible to multipath, and noise is very small compared to DGPS using pseudorange. Therefore, the error of the velocity vector is small, and the search range of the solution can be further limited as compared with the case of DGPS. In addition, also when using the speed vector obtained by a wheel speed sensor and a gyro sensor, the search range of a solution can be set according to the precision of the sensor to be used, and ambiguity can be determined. Based on the determined ambiguity, it positions itself. Since the ambiguity is determined after limiting the search range of the solution from past positioning positions and velocity vectors, the ambiguity calculation is faster than the conventional method, and RTK-GPS positioning in urban areas etc. Can greatly increase the time available. And a solution can be calculated by one measurement (1 epoch) of RTK-GPS.

第2発明にあっては、受信部で受信した各搬送波のドップラーシフトに基づいて速度ベクトルを算出する。例えば、衛星G1が出力する搬送波の周波数をν1s、自身(測位対象)が搬送波を受信して測定した該搬送波の周波数をν1rとすると、ドップラーシフト(ν1r−ν1s)、衛星G1の既知の速度ベクトルVg、自身の速度ベクトルV(未知数)との間には一定の式が成立する。そして、衛星から受信するエフェメリス情報により衛星位置を算出し、3個以上の衛星からの搬送波の周波数を測定することにより、未知数以上の数の式が成立し、自身の速度ベクトルVを算出することができる。尚、時刻推定の精度を上げ、衛星位置の算出精度を上げるためには、4個以上の衛星からの信号を受信するのが好ましい。ドップラーシフトはマルチパスの影響を比較的受けにくく、擬似距離を用いるDGPSと比較してノイズが非常に小さい。そのため速度ベクトルの誤差が少なく、解の探索範囲をDGPSの場合に比べて狭いエリアに制限することができる。   In the second invention, the velocity vector is calculated based on the Doppler shift of each carrier wave received by the receiving unit. For example, assuming that the frequency of the carrier wave output by the satellite G1 is ν1s and the frequency of the carrier wave measured by itself (positioning target) is ν1r, the Doppler shift (ν1r−ν1s), the known velocity vector of the satellite G1 A certain formula is established between Vg and its own velocity vector V (unknown number). Then, by calculating the satellite position from the ephemeris information received from the satellite and measuring the frequency of the carrier wave from three or more satellites, an equation of an unknown number or more is established, and its own velocity vector V is calculated. Can do. In order to improve time estimation accuracy and satellite position calculation accuracy, it is preferable to receive signals from four or more satellites. Doppler shift is relatively unaffected by multipath and has very little noise compared to DGPS using pseudoranges. For this reason, the error of the velocity vector is small, and the search range of the solution can be limited to a narrow area compared to the case of DGPS.

第3発明にあっては、速度情報取得手段(例えば、車輪速センサ)で取得した速度及び角度取得手段(例えば、ジャイロセンサ)で取得した旋回角度に基づいて速度ベクトルを算出する。例えば、車輪速センサにより正確な速度を求めることができる。そして、過去に得られた自身の2地点の位置が判れば、ジャイロセンサにより、その2地点を結ぶ方向からの旋回角度(移動方向)を正確に求めることができ、自身の速度ベクトルを高精度に算出することができる。これにより、車輪速センサやジャイロセンサの精度に応じて、解の探索範囲を制限することができる。   In the third aspect of the invention, the speed vector is calculated based on the speed acquired by the speed information acquisition means (for example, wheel speed sensor) and the turning angle acquired by the angle acquisition means (for example, gyro sensor). For example, an accurate speed can be obtained by a wheel speed sensor. If the position of the two points obtained in the past is known, the gyro sensor can accurately determine the turning angle (movement direction) from the direction connecting the two points, and the own velocity vector can be obtained with high accuracy. Can be calculated. Thereby, according to the precision of a wheel speed sensor or a gyro sensor, the search range of a solution can be restricted.

第4発明にあっては、取得した自身の位置の信頼性を判定する。信頼性の判定は、例えば、以下のようにすることができる。自身の位置をRTK−GPSで決定した解により求める場合には、Hatch法であれば、搬送波の二重位相差と、擬似距離を搬送波の波長で除算した値との差分が整数値に近いほど解の信頼性(すなわち、その解により求めた位置の信頼性)が高いと判定することができる。また、LAMBDA法であれば、同様に、上述の差分と整数値との残差を用い、複数の解のうち最も残差の小さい値と、その次に残差が小さい値との比が高いほど信頼性が高いと判定することができる。いずれの方法においても、信号を受信できた衛星の数や、信号の品質(信号とノイズとの比)なども判断基準に加えることができる。また、磁気ネイルや光ビーコン等の路側装置との通信により自身の位置を求める場合には、それぞれの測位方法に対応する信頼性を用いることができる。そして、そして、信頼性の判定結果に応じて、アンビギュイティの決定方法を選択する。例えば、測位前(すなわち、過去)に求めた自身の位置の信頼性が高い場合、その位置からの速度ベクトルを用いることで、解を探索するための探索範囲の中心を精度良く求めることができる。この場合、解の探索範囲を狭いエリアに制限することができ、正しい解を算出できる可能性(特に、1エポックで解を算出できる可能性)を向上させることができる。一方、測位前に求めた自身の位置の信頼性が低い場合、その位置からの速度ベクトルは用いず、他の手段、例えばDGPSで求めた解を探索範囲の中心とする。この場合、解の探索範囲は広めに設定する。   In the fourth invention, the reliability of the acquired own position is determined. The determination of reliability can be performed as follows, for example. In the case of obtaining the own position by a solution determined by RTK-GPS, in the hatch method, the difference between the double phase difference of the carrier and the value obtained by dividing the pseudorange by the wavelength of the carrier is closer to an integer value. It can be determined that the reliability of the solution (that is, the reliability of the position obtained by the solution) is high. In the case of the LAMBDA method, similarly, the residual between the above-described difference and integer value is used, and the ratio of the smallest residual value to the next smallest residual value among a plurality of solutions is high. It can be determined that the reliability is higher. In any method, the number of satellites that have received a signal, the quality of the signal (ratio of signal to noise), and the like can be added to the determination criteria. Moreover, when calculating | requiring an own position by communication with roadside apparatuses, such as a magnetic nail and an optical beacon, the reliability corresponding to each positioning method can be used. Then, an ambiguity determination method is selected according to the reliability determination result. For example, when the reliability of the position obtained before positioning (that is, in the past) is high, the center of the search range for searching for a solution can be obtained with high accuracy by using the velocity vector from the position. . In this case, the solution search range can be limited to a narrow area, and the possibility that a correct solution can be calculated (particularly, the possibility that a solution can be calculated in one epoch) can be improved. On the other hand, when the reliability of the position obtained before positioning is low, the velocity vector from that position is not used, and the solution obtained by other means, for example, DGPS, is used as the center of the search range. In this case, the solution search range is set wider.

第5発明にあっては、各搬送波の位相に含まれるアンビギュイティの初期値を算出し、算出した初期値の信頼度を判定する。そして、判定した信頼度に応じて、アンビギュイティの探索範囲の大きさを設定し、設定した探索範囲に基づいて、アンビギュイティを決定する。例えば、アンビギュイティの初期値を算出し、算出した初期値の信頼度に応じて、アンビギュイティを決定するための探索範囲の大きさを設定するので、解を探索するための最適な探索範囲を求めることができる。   In the fifth invention, the initial value of the ambiguity included in the phase of each carrier wave is calculated, and the reliability of the calculated initial value is determined. Then, the size of the ambiguity search range is set according to the determined reliability, and the ambiguity is determined based on the set search range. For example, the initial value of the ambiguity is calculated, and the size of the search range for determining the ambiguity is set according to the reliability of the calculated initial value, so the optimal search for searching for the solution A range can be determined.

第6発明にあっては、測位前の自身の位置が測位された時点からの時間経過に応じて、探索範囲の大きさを設定する。例えば、時間の経過とともに探索範囲を大きくすることにより、時間経過に応じてアンビギュイティ(解)の初期値の信頼度が低下する場合でも、真の解が探索範囲内に存在するようにすることができ、アンビギュイティを決定することができないという事態を防止することができる。   In the sixth aspect of the invention, the size of the search range is set in accordance with the passage of time from the time when the own position before positioning is positioned. For example, by increasing the search range with time, even if the reliability of the initial value of the ambiguity (solution) decreases with time, a true solution exists within the search range. It is possible to prevent the situation where the ambiguity cannot be determined.

本発明にあっては、アンビギュイティの算出を高速化し、特に1回の測定(1エポック)で解を算出する可能性を向上させる。これにより、都市部などにおけるRTK−GPSの測位が可能な時間を大幅に増加させることができる。   In the present invention, the calculation of ambiguity is accelerated, and in particular, the possibility of calculating a solution by one measurement (one epoch) is improved. Thereby, the time which can perform RTK-GPS positioning in an urban area etc. can be increased significantly.

以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図1は本発明に係る測位装置を用いた測位方法の一例の概要を示す模式図であり、図2は本発明に係る測位装置10を含む測位対象100の構成の一例を示すブロック図である。本発明に係る測位方法では、測位用の衛星(GPS、ガリレオ、準天頂衛星などのGNSS)G1〜GN、基準局300などを利用して測位対象100の位置を測位する。測位対象100は、例えば、車両又は人などであり、測位対象100が車両である場合には本発明に係る測位装置である測位装置10及び自律センサ部20などを備え、測位対象100が人である場合には測位装置10を備える。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments. FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of an example of a positioning method using a positioning device according to the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing an example of a configuration of a positioning object 100 including a positioning device 10 according to the present invention. . In the positioning method according to the present invention, the position of the positioning target 100 is measured using positioning satellites (GNSS such as GPS, Galileo, and Quasi-Zenith Satellite) G1 to GN, the reference station 300, and the like. The positioning object 100 is, for example, a vehicle or a person. When the positioning object 100 is a vehicle, the positioning object 100 includes the positioning device 10 and the autonomous sensor unit 20 that are positioning devices according to the present invention, and the positioning object 100 is a person. In some cases, a positioning device 10 is provided.

GPSの場合は、各衛星G1〜GNは、原子時計、10.23MHzの基準発信器などを搭載し、基準周波数の154倍のL1=1575.42MHz及び120倍のL2=1227.60MHzの2周波の信号を送信する。送信される信号には、原子時計により正確なタイミングで発信される測位用の所定のコード(符号)が含まれ、そのコードが受信機に到達するまでにどれだけの時間(伝播時間)を要したかを測定することにより、各衛星G1〜GNとの擬似距離(伝播時間×光速)を測定することができる。なお、2周波の信号に限定されず、1周波のみでの測位や3周波以上を用いた測位も可能である。   In the case of GPS, each satellite G1 to GN is equipped with an atomic clock, a 10.23 MHz reference transmitter, etc., and 154 times the reference frequency L1 = 1575.42 MHz and 120 times L2 = 1227.60 MHz. Send the signal. The transmitted signal includes a predetermined positioning code transmitted by the atomic clock at an accurate timing, and how much time (propagation time) is required for the code to reach the receiver. By measuring whether or not, the pseudo-range (propagation time × light speed) with each of the satellites G1 to GN can be measured. In addition, it is not limited to the signal of 2 frequencies, The positioning using only 1 frequency and the positioning using 3 frequencies or more are also possible.

RTK−GPSで解を求める場合に、Hatch法を用いるときには、各衛星G1〜GNのうち、観測可能な衛星を4機の主衛星G1〜G4と残りの従衛星(G5〜GN)とに区分する。例えば、観測可能な衛星が6機存在する場合、従衛星の数は2機となる。なお、LAMBDA法(Least-square Ambiguity Decorrelation Adjustment Method)を用いる場合には、主衛星と従衛星とに区別する必要はなく、観測可能な4機の衛星G1〜G4があればよい。また、主衛星G1〜G4の中で基準となる衛星(例えば、衛星G1)を決定しておく。基準の主衛星G1を決定することにより、主衛星G1の搬送波の位相を基準とし、他の主衛星G2〜G4の搬送波の位相の差分を測定して、測位装置10(受信機)の時計の誤差をキャンセルすることができる。測位対象100の位置は、主衛星G1〜G4のデータを用いて測位する。そして、Hatch法を用いる場合であれば、測位結果を従衛星G5〜GNのデータを用いて検定する。なお、いずれの衛星を主衛星又は従衛星にするかは、衛星から送信される衛星軌道情報に基づいて測位装置10で決定してもよく、あるいは予め決定した情報を測位装置10で取得する構成であってもよい。   When finding the solution with RTK-GPS, when using the hatch method, among the satellites G1 to GN, the observable satellites are classified into four main satellites G1 to G4 and the remaining slave satellites (G5 to GN). To do. For example, when there are six observable satellites, the number of slave satellites is two. In addition, when using the LAMBDA method (Least-square Ambiguity Decorrelation Adjustment Method), it is not necessary to distinguish between the primary satellite and the secondary satellite, and there may be four observable satellites G1 to G4. Also, a reference satellite (for example, satellite G1) is determined among the main satellites G1 to G4. By determining the reference main satellite G1, the phase difference of the carrier waves of the other main satellites G2 to G4 is measured based on the phase of the carrier wave of the main satellite G1, and the clock of the positioning device 10 (receiver) The error can be canceled. The position of the positioning object 100 is measured using data of the main satellites G1 to G4. If the hatch method is used, the positioning result is verified using the data of the slave satellites G5 to GN. Note that which satellite is to be the primary satellite or the secondary satellite may be determined by the positioning device 10 based on the satellite orbit information transmitted from the satellite, or the predetermined information is acquired by the positioning device 10 It may be.

測位装置10は、速度ベクトルの算出、解の探索範囲の決定、解(アンビギュイティ)の決定、解の信頼性の判定などの処理を行う処理部11、各衛星G1〜GNからの信号(電波)を受信する受信アンテナを備える衛星用通信部12、基準局300、送信装置200及び不図示の路側装置(例えば、光ビーコン、電波ビーコンなど)との通信機能(例えば、狭域通信機能、無線LANのような中域通信機能、広域通信機能など)を有する通信部13、所定のデータを記憶するための記憶部14、地図データベース15などを備えている。また、衛星用通信部12は、各衛星G1〜GNとの擬似距離を測定するコード位相測定部121、各衛星G1〜GNの搬送波の位相を測定する搬送波位相測定部122、各衛星G1〜GNの搬送波の周波数を測定する搬送波周波数測定部123などを備えている。搬送波周波数測定部123は、例えば、FLL(Frequency Lock Loop)回路を備え、高精度に常時周波数を検出することができる。   The positioning device 10 includes a processing unit 11 that performs processing such as calculation of a velocity vector, determination of a search range of a solution, determination of a solution (ambiguity), determination of reliability of the solution, and signals from the satellites G1 to GN ( A communication function (for example, a narrow-area communication function, a wireless communication) with a satellite communication unit 12, a reference station 300, a transmission device 200, and a roadside device (not shown) (for example, an optical beacon, a radio beacon, etc.) having a receiving antenna for receiving radio waves) A communication unit 13 having a mid-range communication function such as a LAN, a wide-area communication function, and the like, a storage unit 14 for storing predetermined data, a map database 15, and the like. The satellite communication unit 12 includes a code phase measurement unit 121 that measures pseudo distances from the satellites G1 to GN, a carrier phase measurement unit 122 that measures the phase of the carrier wave of each satellite G1 to GN, and the satellites G1 to GN. And a carrier frequency measuring unit 123 for measuring the frequency of the carrier. The carrier frequency measurement unit 123 includes, for example, an FLL (Frequency Lock Loop) circuit, and can always detect the frequency with high accuracy.

自律センサ部20は、車輪速センサ201、ジャイロセンサ202などを備えている。自律センサ部20は、車輪速センサ201及びジャイロセンサ202で検出したデータを処理部11へ出力する。処理部11は、車輪速センサ201で検出したデータにより、測位対象100の速度を正確に求めることができる。また、処理部11は、過去に得られた測位対象100の2地点の位置が判れば、ジャイロセンサ202で検出したデータを用いて、前述の2地点を結ぶ方向からの移動方位を正確に求めることができる。これにより、処理部11は、自律センサ部20で得られたデータを用いて、測位対象100の速度ベクトルを算出することができる。なお、処理部11は、各衛星G1〜GNの搬送波の周波数を測定してドップラーシフトを求めることにより、測位対象100の速度ベクトルを算出することができる。詳細は後述する。   The autonomous sensor unit 20 includes a wheel speed sensor 201, a gyro sensor 202, and the like. The autonomous sensor unit 20 outputs data detected by the wheel speed sensor 201 and the gyro sensor 202 to the processing unit 11. The processing unit 11 can accurately obtain the speed of the positioning target 100 based on the data detected by the wheel speed sensor 201. Further, if the position of the two points of the positioning target 100 obtained in the past is known, the processing unit 11 accurately obtains the moving direction from the direction connecting the two points using the data detected by the gyro sensor 202. be able to. Accordingly, the processing unit 11 can calculate the velocity vector of the positioning target 100 using the data obtained by the autonomous sensor unit 20. In addition, the process part 11 can calculate the velocity vector of the positioning target 100 by measuring the frequency of the carrier wave of each satellite G1-GN and calculating | requiring a Doppler shift. Details will be described later.

基準局300は、衛星用通信部12と同様の機能を有し、各衛星G1〜GNとの擬似距離、各衛星G1〜GNの搬送波の位相を測定し、測定結果を測位対象100へ送信する。基準局300での測定結果を用いることにより、電離圏や対流圏での電波(信号)の遅延時間をキャンセルすることができる。なお、電離圏や対流圏での電波の遅延時間に関する情報を主衛星G1〜G4、あるいは外部から取得することにより、基準局300を設置することなく測位を行うこともできる。   The reference station 300 has the same function as the satellite communication unit 12, measures the pseudorange with each satellite G <b> 1 to GN, the phase of the carrier wave of each satellite G <b> 1 to GN, and transmits the measurement result to the positioning target 100. By using the measurement result at the reference station 300, the delay time of the radio wave (signal) in the ionosphere or troposphere can be canceled. In addition, it is also possible to perform positioning without installing the reference station 300 by acquiring information on the delay time of radio waves in the ionosphere or troposphere from the main satellites G1 to G4 or from the outside.

次に一般的な二重位相差に基づく測位方法の一例の概要について数値例を用いて説明する。なお、ここで用いる数値は一例であり、これに限定されるものではない。測位装置10と基準局300とで受信した搬送波について、主衛星G2からの搬送波の位相差と主衛星G1(基準の衛星)からの搬送波の位相差との差(二重位相差)をφ21(t)とし、主衛星G3からの搬送波の位相差と主衛星G1からの搬送波の位相差との差(二重位相差)をφ31(t)とし、主衛星G4からの搬送波の位相差と主衛星G1からの搬送波の位相差との差(二重位相差)をφ41(t)とする。   Next, an outline of an example of a positioning method based on a general double phase difference will be described using numerical examples. In addition, the numerical value used here is an example, and is not limited to this. For the carrier wave received by the positioning device 10 and the reference station 300, the difference (double phase difference) between the phase difference of the carrier wave from the main satellite G2 and the phase difference of the carrier wave from the main satellite G1 (reference satellite) is φ21 (t ), And the difference (double phase difference) between the phase difference of the carrier wave from the main satellite G3 and the phase difference of the carrier wave from the main satellite G1 is φ31 (t), and the phase difference of the carrier wave from the main satellite G4 and the main satellite The difference (double phase difference) from the phase difference of the carrier wave from G1 is defined as φ41 (t).

主衛星G1〜G4の搬送波の波長をλ、主衛星G1〜G4と基準局300との間の時刻tでの擬似距離をそれぞれR1r(t)、R2r(t)、R3r(t)、R4r(t)とし、主衛星G1〜G4と測位装置10との間の時刻tでの擬似距離をそれぞれR1u(t)、R2u(t)、R3u(t)、R4u(t)とすると、式(1)〜式(3)が成り立つ。ここで、N2、N3、N4は未知の整数である。測位装置10で測定することができる各搬送波の位相は、2π(0〜360deg)の範囲内にとどまるため、例えば、搬送波の位相が450deg、810deg、−270degの場合と区別をすることができない。そこで、その不確実性をN1〜N3の未知の整数(アンビギュイティ、整数バイアスと称される)で表している。   The carrier wavelength of the main satellites G1 to G4 is λ, and the pseudoranges at the time t between the main satellites G1 to G4 and the reference station 300 are R1r (t), R2r (t), R3r (t), R4r (t ) And the pseudoranges at the time t between the main satellites G1 to G4 and the positioning device 10 are R1u (t), R2u (t), R3u (t), and R4u (t), respectively, Equation (1) Formula (3) is established. Here, N2, N3, and N4 are unknown integers. Since the phase of each carrier wave that can be measured by the positioning device 10 remains in the range of 2π (0 to 360 deg), for example, it cannot be distinguished from the case where the carrier wave phase is 450 deg, 810 deg, and −270 deg. Therefore, the uncertainty is represented by unknown integers N1 to N3 (referred to as ambiguity and integer bias).

Figure 2010071686
Figure 2010071686

仮に主衛星G1〜G4からの電波を捕捉し続けることができれば(サイクルスリップがなければ)、未知の整数N1〜N3が不変のまま搬送波の位相がどの程度(仮に360degを超えた場合でも)変化したかを測定し続けることができる。すなわち、一旦アンビギュイティを算出することができれば(解を決定することができれば)、連続的に正確な搬送波位相を得ることができる。例えば、次の観測時(次のエポック時、例えば、時刻t+Δt)に式(4)〜式(6)を得ることができる。式(1)〜式(6)により、測位装置10の位置(例えば、緯度:座標X、経度:座標Y、高さ:座標Z)及び未知の整数N1〜N3を求めることができる。なお、式(1)〜式(6)は、Hatch法及びLAMBDA法のいずれにも用いることができる。   If it is possible to continue capturing radio waves from the main satellites G1 to G4 (if there is no cycle slip), how much the phase of the carrier changes (even if it exceeds 360 deg) while the unknown integers N1 to N3 remain unchanged. You can continue to measure. In other words, once the ambiguity can be calculated (when the solution can be determined), the accurate carrier phase can be obtained continuously. For example, Expressions (4) to (6) can be obtained at the next observation (at the next epoch, for example, time t + Δt). From the expressions (1) to (6), the position of the positioning device 10 (for example, latitude: coordinate X, longitude: coordinate Y, height: coordinate Z) and unknown integers N1 to N3 can be obtained. Equations (1) to (6) can be used for either the Hatch method or the LAMBDA method.

衛星からの電波が遮蔽され、サイクルスリップが生じた場合には、連続観測が中断し、これによりアンビギュイティは変化するため、測位対象100の位置を測位するためには再度アンビギュイティを算出しなければならない。   When the radio wave from the satellite is blocked and a cycle slip occurs, continuous observation is interrupted, and this changes the ambiguity. Therefore, in order to determine the position of the positioning target 100, the ambiguity is calculated again. Must.

アンビギュイティを算出するとは、上述のとおり未知の整数N1〜N3を求めることであり、各衛星からの搬送波位相が等しい等位相の多数の交点(位相の等しい多数の点)、すなわち多数の解の候補の中から正しい解(真の解)を求めることである。別言すれば、アンビギュイティを解くこと、あるいは、整数バイアスを決定することである。本発明の1つの特徴は、測位前(例えば、過去)の測位対象100の位置を取得し、取得した位置からの速度ベクトルを算出し、取得した位置及び算出した速度ベクトルを用いて、位相に含まれるアンビギュイティを決定し、決定したアンビギュイティに基づいて測位対象100の位置を測位するものである。   The calculation of the ambiguity is to obtain the unknown integers N1 to N3 as described above, and a large number of equal-phase intersections (a large number of points having the same phase) with the same carrier phase from each satellite, that is, a large number of solutions. Is to find the correct solution (true solution) from the candidates. In other words, solving ambiguity or determining integer bias. One feature of the present invention is that the position of the positioning object 100 before positioning (for example, the past) is acquired, the velocity vector from the acquired position is calculated, and the phase is calculated using the acquired position and the calculated velocity vector. The ambiguity included is determined, and the position of the positioning object 100 is determined based on the determined ambiguity.

より具体的には、測位前の測位対象100の位置をAとし、速度ベクトルをVとし、速度ベクトル算出の時間間隔をTとすると、解の探索範囲の中心Bを、B=A+T・Vにより求め、解の探索範囲を制限してアンビギュイティ(RTK−GPSの解)を決定する。解の探索範囲は、DGPSで解を求める場合に比べて、狭くすることができ正しい解を求めることができる期待値が向上する。すなわち、特に都市部の場合、信号を受信可能な衛星の配置が悪くなることが多く、またマルチパスの影響も大きい。さらにはノイズも比較的大きいため、DGPSで求めた解は誤差が大きくなりやすく、解を探索する範囲が広くなるため正確な解が得られないことが多い。一方、速度ベクトルを用いる場合、例えば、ドップラーシフトはマルチパスの影響を比較的受けにくく、擬似距離を用いるDGPSと比較してノイズが非常に小さい。そのため速度ベクトルの誤差が少なく、解の探索範囲をDGPSの場合に比べて一層制限することができる。なお、車輪速センサ201及びジャイロセンサ202により得られる速度ベクトルを用いる場合にも、用いるセンサの精度に応じて解の探索範囲を設定し、アンビギュイティを決定することができる。決定したアンビギュイティに基づいて測位対象100の位置を測位する。過去の測位位置と速度ベクトルとから解の探索範囲を制限した上でアンビギュイティを決定するので、本発明にあっては、アンビギュイティの算出を高速化し、特に1回の測定(1エポック)で解を算出する可能性を向上させる。これにより、都市部などにおけるRTK−GPSの測位が可能な時間を大幅に増加させることができる。   More specifically, assuming that the position of the positioning target 100 before positioning is A, the velocity vector is V, and the time interval for calculating the velocity vector is T, the center B of the solution search range is represented by B = A + T · V. The ambiguity (RTK-GPS solution) is determined by limiting the search range of the solution. The solution search range can be narrowed compared to the case where the solution is obtained by DGPS, and the expected value for obtaining the correct solution is improved. That is, particularly in urban areas, the arrangement of satellites that can receive signals often deteriorates and the influence of multipath is also great. Furthermore, since the noise is relatively large, the solution obtained by DGPS tends to have a large error, and an accurate solution is often not obtained because the range for searching for the solution becomes wide. On the other hand, when using a velocity vector, for example, the Doppler shift is relatively less susceptible to multipath, and noise is very small compared to DGPS using pseudoranges. Therefore, the error of the velocity vector is small, and the search range of the solution can be further limited as compared with the case of DGPS. In addition, also when using the speed vector obtained by the wheel speed sensor 201 and the gyro sensor 202, the search range of a solution can be set according to the precision of the sensor to be used, and ambiguity can be determined. The position of the positioning object 100 is measured based on the determined ambiguity. Since the ambiguity is determined after limiting the search range of the solution from the past positioning position and the velocity vector, in the present invention, the calculation of the ambiguity is accelerated, and in particular, one measurement (one epoch) ) To improve the possibility of calculating the solution. Thereby, the time which can perform RTK-GPS positioning in an urban area etc. can be increased significantly.

送信装置200は、狭域通信機能を備える光ビーコン又は電波ビーコン等、あるいは無線LAN等の中域通信機能又は広域通信機能を備える無線機などで実現することができる。送信装置200は、測位対象100の測位領域内の道路の高度情報を含む道路形状情報を記憶してあり、記憶した道路形状情報を測位装置10へ送信する。測位装置10への送信タイミングは、例えば、測位対象100が送信装置200との通信地点を通過した場合、あるいは通信領域内に進入した場合とすることができる。   The transmission device 200 can be realized by an optical beacon or a radio beacon having a narrow-area communication function, or a wireless device having a mid-range communication function or a wide-area communication function such as a wireless LAN. The transmission device 200 stores road shape information including altitude information of roads within the positioning area of the positioning object 100, and transmits the stored road shape information to the positioning device 10. The timing of transmission to the positioning device 10 can be, for example, when the positioning target 100 passes through a communication point with the transmission device 200 or enters the communication area.

道路形状情報を送信装置200から測位装置10へ送信する構成とすることにより、測位装置10は、道路の高度情報を予め記憶しておく必要がなく、測位対象100が任意の地点へ移動した場合であっても、その付近の最新の情報を取得することができる。なお、道路形状情報を予め測位装置10に記憶しておくこともできる。この場合、送信装置200は不要となり、システム構成を簡略化することができる。   When the road shape information is transmitted from the transmission device 200 to the positioning device 10, the positioning device 10 does not need to store the altitude information of the road in advance, and the positioning object 100 moves to an arbitrary point. Even so, the latest information in the vicinity can be acquired. The road shape information can also be stored in the positioning device 10 in advance. In this case, the transmission apparatus 200 is unnecessary, and the system configuration can be simplified.

また、本実施の形態で道路とは、地表又は地面などを含み、車両が走行する道路、交差点付近、人が通行する歩道、道路外の空き地、駐車場など車両又は人が移動できる場所を含むものとする。   In this embodiment, the road includes the ground surface or the ground, and includes a road where a vehicle or a person can move, such as a road on which a vehicle travels, an intersection, a sidewalk where people pass, a vacant lot outside the road, and a parking lot. Shall be.

図3は道路形状情報の概要の一例を示す説明図である。道路形状情報は、例えば、道路を所定の間隔で区分し、各区分内にノードを設け、そのノードの水平位置(X、Y)と高度情報Zとを対応付けてある。図3に示すように、道路の方向に沿って所定間隔でノードを設定することにより、道路の水平位置に対応して直線状又は曲線状に高度情報を持たせることができる。道路の高度情報は、例えば、地表(地面)の標高(ジオイド面からの高さ)、又は楕円体高(地球回転楕円体からの高さ)である。ジオイド面は、重力の大小に応じて凹凸が生じた海面レベルを陸地まで延長して等重力面として仮想的に定めた面をいう。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of an outline of road shape information. In the road shape information, for example, roads are divided at predetermined intervals, nodes are provided in the respective sections, and the horizontal position (X, Y) of the nodes and altitude information Z are associated with each other. As shown in FIG. 3, by setting nodes at predetermined intervals along the road direction, altitude information can be given in a straight line or a curved line corresponding to the horizontal position of the road. The altitude information of the road is, for example, the altitude (height from the geoid surface) of the ground surface (ground) or the ellipsoidal height (height from the earth spheroid). The geoid surface is a surface virtually defined as an isogravity surface by extending the sea level where unevenness occurs according to the magnitude of gravity to the land.

図4は道路形状情報の概要の他の例を示す説明図である。この場合、道路形状情報は、道路を矩形状の小領域でマトリクス状に区分けし、各小領域内にノードを設け、そのノードの水平位置(X、Y)と高度情報Zとを対応付けてある。図4に示すように、道路の水平位置に対応して平面状に高度情報を持たせることができる。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing another example of the outline of road shape information. In this case, the road shape information is obtained by dividing a road into a matrix by rectangular small areas, providing a node in each small area, and associating the horizontal position (X, Y) of the node with the altitude information Z. is there. As shown in FIG. 4, altitude information can be given in a plane corresponding to the horizontal position of the road.

道路の高度情報は、観測可能な衛星数や衛星配置の良い時間帯にRTK−GPSを用いて、測位領域内の各地点(ノード)で予め測定することができる。なお、RTK−GPSを用いて道路等の高度情報を測定する場合、RTK−GPSで測定した海抜高度から、路面からのRTK−GPSの高さを差し引いた値を地表の高度情報とする。これにより、道路の高度情報を精度良く取得することができる。ノード間の間隔は適宜設定することが可能であるが、例えば、5m間隔で測定することができる。また、道路の高度情報は、地図データに含まれる標高データなどを用いることもでき、この場合には比較的簡便に取得することができる。   The altitude information of the road can be measured in advance at each point (node) in the positioning area using RTK-GPS in a time zone where the number of observable satellites and the satellite arrangement are good. In addition, when measuring altitude information such as roads using RTK-GPS, a value obtained by subtracting the height of RTK-GPS from the road surface from the altitude measured by RTK-GPS is used as altitude information on the ground surface. Thereby, the altitude information of the road can be obtained with high accuracy. The interval between the nodes can be set as appropriate, but can be measured, for example, at an interval of 5 m. Further, altitude data included in the map data can be used as the altitude information of the road, and in this case, it can be acquired relatively easily.

図5は道路形状情報のデータ構造の一例を示す説明図である。図5に示すように、道路形状情報は、ノードID、そのノードの水平位置(緯度、経度)及び高度情報並びに高度情報の測定方法などの欄で構成されている。例えば、ノードIDがa1の地点の水平位置は(X1、Y1)であり、その地点の高度情報はZ1、その高度情報はRTK−GPSで測定されたものであることを示す。なお、道路形状情報のデータ構造は一例であって、これに限定されるものではない。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the data structure of road shape information. As shown in FIG. 5, the road shape information includes fields such as a node ID, a horizontal position (latitude and longitude) of the node, altitude information, and a method for measuring altitude information. For example, the horizontal position of the point whose node ID is a1 is (X1, Y1), the altitude information at that point is Z1, and the altitude information is measured by RTK-GPS. In addition, the data structure of road shape information is an example, Comprising: It is not limited to this.

送信装置200が道路形状情報を測位装置10へ送信する場合、目的又は用途に応じて、どの程度の領域内の道路形状情報を送信するかを決定することができる。例えば、送信装置200を光ビーコンで構成し、交差点の上流から交差点に向かって移動する車両を測位対象100とする場合において、交差点までの車両の位置を精度良く測位するときには、光ビーコンとの通信位置から交差点付近までの領域内の道路形状情報を送信することができる。   When the transmission device 200 transmits road shape information to the positioning device 10, it is possible to determine how much road shape information in the region is to be transmitted according to the purpose or application. For example, when the transmission apparatus 200 is configured with an optical beacon and a vehicle that moves from the upstream of the intersection toward the intersection is the positioning target 100, when the position of the vehicle to the intersection is accurately measured, communication with the optical beacon is performed. Road shape information in a region from the position to the vicinity of the intersection can be transmitted.

また、測位装置10で比較的広範囲の領域で測位を行う場合には、その領域内の道路形状情報を送信すればよい。また、測位装置10と送信装置200との間で繰り返し通信を行うことができる場合には、後述するように測位装置10が自身の概略の水平位置を推測した場合、推測した水平位置のデータを送信装置200へ送信し、送信装置200は、受信した水平位置の近傍(例えば、数m以内)の道路形状情報を受信の都度測位装置10へ送信することもできる。これにより通信量を低減することができる。   When the positioning device 10 performs positioning in a relatively wide area, road shape information in the area may be transmitted. In addition, when it is possible to repeatedly perform communication between the positioning device 10 and the transmission device 200, when the positioning device 10 estimates its approximate horizontal position as described later, the estimated horizontal position data is stored. The transmission apparatus 200 can also transmit road shape information in the vicinity of the received horizontal position (for example, within several meters) to the positioning apparatus 10 every time it is received. Thereby, the amount of communication can be reduced.

次に測位装置10の動作について説明する。図6は測位装置10の測位処理の手順を示すフローチャートである。処理部11などは、専用のハードウエア、半導体モジュール(チップ)で構成してもよく、あるいは、CPUやRAMにより構成し、所定の処理手順を示すプログラムコードをCPUに実行させることで処理部11の機能を実現することもできる。これにより、プログラムコードにより、本発明に係る測位装置を実現することができる。また、プログラムコードは、光ディスク、磁気ディスク又は半導体メモリ等の記録媒体に記録することもでき、そのような記録媒体に記録されたプログラムコードをCPUやRAMを備えた情報処理装置にロードすることで、本発明に係る測位装置を実現することもできる。なお、図6に示す処理は、Hatch法を用いることを前提としている。LAMBDA法では、後述するステップS15において、パラメータ設定により解の探索範囲の中心から遠い位置に解が求まる確率を制御することにより、実質的に解の探索範囲を制御している。その他のステップについては、Hatch法と共通である。また、図6の例では、ステップS11〜S13の処理は、アンビギュイティを決定するための前段階の処理であり、ステップS14以降の処理は、アンビギュイティを決定するための本処理である。   Next, the operation of the positioning device 10 will be described. FIG. 6 is a flowchart showing the procedure of the positioning process of the positioning device 10. The processing unit 11 or the like may be configured by dedicated hardware or a semiconductor module (chip), or may be configured by a CPU or a RAM, and the CPU may execute a program code indicating a predetermined processing procedure to execute the processing unit 11. It is also possible to realize the function. Thereby, the positioning device according to the present invention can be realized by the program code. The program code can also be recorded on a recording medium such as an optical disk, a magnetic disk, or a semiconductor memory, and the program code recorded on such a recording medium is loaded into an information processing apparatus including a CPU and a RAM. The positioning device according to the present invention can also be realized. Note that the process shown in FIG. 6 is based on the use of the Hatch method. In the LAMBDA method, the solution search range is substantially controlled by controlling the probability that the solution is found at a position far from the center of the solution search range by parameter setting in step S15 described later. Other steps are the same as in the Hatch method. In the example of FIG. 6, the processes in steps S11 to S13 are processes in the previous stage for determining ambiguity, and the processes after step S14 are the main processes for determining ambiguity. .

処理部11は、アンビギュイティを決定するための前段階として、測位対象100の位置を測位する(S11)。ここで、位置の測位は、磁気ネイルや光ビーコン等の路側装置との通信により自身の位置を測位する方法でもよく、あるいは、RTK−GPSを用いた解の算出により位置を求める方法でもよい。以下、RTK−GPSを用いた解の算出による、前段階としての位置の測位について説明する。   The processing unit 11 measures the position of the positioning object 100 as a previous step for determining ambiguity (S11). Here, the positioning of the position may be a method of positioning its own position by communication with a roadside device such as a magnetic nail or an optical beacon, or a method of obtaining the position by calculating a solution using RTK-GPS. Hereinafter, the positioning of the position as the previous stage by calculating the solution using RTK-GPS will be described.

上述のステップS11は、例えば、RTK−GPSを用いて、次の2段階のステップで行うことができる。第1ステップは、一般的なDGPS受信機と同じ方法で、測定した擬似距離を用いて測位対象100の推定位置を求める。なお、ここで求められた推定位置の誤差は比較的大きいため(推定位置の標準偏差に相当する値をσpとすると、σpは、例えば、60cm程度)、次の第2ステップでより正確な位置を求める。第2ステップは、第1ステップで求めた位置の周囲に探索範囲を制限し、搬送波の位相を用いてRTK−GPSにより解を求める。   Step S11 described above can be performed in the following two steps using, for example, RTK-GPS. In the first step, the estimated position of the positioning object 100 is obtained by using the measured pseudo distance by the same method as a general DGPS receiver. Since the error of the estimated position obtained here is relatively large (when the value corresponding to the standard deviation of the estimated position is σp, σp is about 60 cm, for example), the more accurate position in the next second step. Ask for. In the second step, the search range is limited around the position obtained in the first step, and a solution is obtained by RTK-GPS using the phase of the carrier wave.

図7はDGPSによる測位の一例を示す説明図である。各衛星G1〜G4に搭載された原子時計に比べて測位装置10に搭載した受信機時計の精度は一般に低く、各衛星に搭載された時計とは同期していない。このため、測位装置10で測定した各衛星G1〜G4との距離r1〜r4は真の距離ではなく、真の距離に時間誤差による誤差を含めた擬似距離である。各衛星G1〜G4の位置は、予め既知であるので、第4の衛星を用いて受信機の時計誤差を補正し、3つの衛星と受信機間の真の距離を求め、3つの衛星を中心とする、半径が真の距離の3つの球面を描き、3つの球面の交点を測位対象100の推定位置(例えば、緯度、経度)として求めることができる。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of positioning by DGPS. The accuracy of the receiver clock mounted on the positioning device 10 is generally lower than the atomic clock mounted on each satellite G1 to G4, and is not synchronized with the clock mounted on each satellite. Therefore, the distances r1 to r4 with the satellites G1 to G4 measured by the positioning device 10 are not true distances, but are pseudo distances including errors due to time errors in the true distances. Since the positions of the satellites G1 to G4 are known in advance, the clock error of the receiver is corrected using the fourth satellite, the true distance between the three satellites and the receiver is obtained, and the three satellites are centered. The three spheres having a true radius can be drawn, and the intersection of the three spheres can be obtained as the estimated position (for example, latitude and longitude) of the positioning object 100.

各衛星G1〜G4との距離を用いる場合、その測定精度は、受信機の性能や周囲環境に依存し、一般には1m〜10m程度であり、推定位置は、例えば、直径1m〜10mの円状の領域として求めることができる。なお、領域の形状は円状に限定されず矩形状であってもよい。また、この方法では、特に都市部においては、ビルなどの建築物からの信号の反射による影響を強く受けるため、高度なマルチパス除去アルゴリズムを用いても、推定位置の誤差の標準偏差に相当する値σpは、約60cm程度となる。しかし、測位対象100の概略の位置を求めることには活用することができる。   When using the distance to each of the satellites G1 to G4, the measurement accuracy depends on the performance of the receiver and the surrounding environment, and is generally about 1 m to 10 m. The estimated position is, for example, a circle with a diameter of 1 m to 10 m. It can be obtained as an area. Note that the shape of the region is not limited to a circular shape, and may be a rectangular shape. Also, in this method, particularly in urban areas, it is strongly influenced by the reflection of signals from buildings such as buildings, so even if an advanced multipath removal algorithm is used, it corresponds to the standard deviation of the estimated position error. The value σp is about 60 cm. However, it can be used to obtain the approximate position of the positioning object 100.

第2ステップとして、DGPSにより求めた位置の周囲に探索範囲を制限し、搬送波の位相を用いてRTK−GPSにより解を求める。RTK−GPSにおいては、1回の測定(1エポック)で得られたデータでは、解を一意に得ることができない。すなわち、例えば、搬送波を受信することができた衛星の数を4機とすると、未知数は、測位対象100の位置(x、y、z)の3個、整数アンビギュイティが3個の合計6個存在するのに対し、1回の測定で得られる方程式は3個であるからである。そこで、解が存在する領域を予め制限し、その制限した探索範囲において最も解として可能性の高いものを求める。   As a second step, the search range is limited around the position obtained by DGPS, and a solution is obtained by RTK-GPS using the phase of the carrier wave. In RTK-GPS, a solution cannot be uniquely obtained from data obtained by one measurement (one epoch). That is, for example, if the number of satellites that can receive a carrier wave is four, the unknown number is a total of six of three positions (x, y, z) of the positioning target 100 and three integer ambiguities. This is because there are three equations, but there are three equations obtained in one measurement. Therefore, an area in which a solution exists is limited in advance, and the most likely solution is obtained in the limited search range.

解の存在する領域を制限する方法としては、例えば、(1)上述の第1ステップでDGPSにより求めた位置の周囲に制限する、(2)道路の高度情報を含む道路形状情報を用いて解の探索範囲を制限する、などがある。なお、これらの制限方法は、複数のものを組み合わせることもできる。速度ベクトルを用いる方法は後述するとして、道路形状情報を用いる場合について説明する。   As a method of restricting the area where the solution exists, for example, (1) restriction around the position obtained by DGPS in the first step described above, and (2) solution using road shape information including road altitude information is used. Limit the search range. Note that a plurality of these limiting methods can be combined. The method using the speed vector will be described later, and the case where the road shape information is used will be described.

図8は道路形状情報を用いて解の探索範囲を制限する例を示す概念図である。測位装置10は、上述の図7の例の方法により概略の位置(緯度、経度)を推定したものとする。測位装置10は、推定位置(図8に示すようにある程度の領域として特定することができる)に対応する道路形状情報から、道路の高度情報を取得する。図8では、一例として、4つの地点の高度情報Z11、Z12、Z13、Z14を取得することができたものとする。なお、推定位置に対応する高度情報が存在しない場合には、水平位置に直近の高度情報を用いて補間処理を行い、高度情報を算出してもよい。   FIG. 8 is a conceptual diagram showing an example in which the solution search range is limited using road shape information. It is assumed that the positioning device 10 estimates the approximate position (latitude, longitude) by the method of the example of FIG. The positioning device 10 acquires road altitude information from road shape information corresponding to an estimated position (which can be specified as a certain area as shown in FIG. 8). In FIG. 8, as an example, it is assumed that altitude information Z11, Z12, Z13, and Z14 at four points can be acquired. If there is no altitude information corresponding to the estimated position, the altitude information may be calculated by performing interpolation processing using the altitude information closest to the horizontal position.

測位装置10は、取得した高度情報Z11〜Z14に対して、高度情報Z11〜Z14の誤差をそれぞれe11〜e14とすると、Z11−e11、Z11+e11、Z12−e12、Z12+e12、Z13−e13、Z13+e13、Z14−e14、Z14+e14のうちで最小の高さと最大の高さの間の領域を解(アンビギュイティ)の探索範囲Sとして特定する。なお、図8の例は、このようにして求めた解の探索範囲Sを模式的に示したものである。これにより、測位装置10は、多数の解の候補のうち探索範囲S内に存在する解に限定することができ、探索範囲S外に存在する解の候補は正しい解(アンビギュイティ)ではないとして除外することができる。これにより、アンビギュイティを高速に解くことができる。   The positioning device 10 assumes that the errors of the altitude information Z11 to Z14 are e11 to e14 with respect to the acquired altitude information Z11 to Z14, respectively. An area between the minimum height and the maximum height among −e14 and Z14 + e14 is specified as a solution (ambiguity) search range S. The example of FIG. 8 schematically shows the solution search range S obtained in this way. Thereby, the positioning apparatus 10 can limit to the solution which exists in the search range S among many solution candidates, and the solution candidate which exists outside the search range S is not a correct solution (ambiguity). Can be excluded. Thereby, ambiguity can be solved at high speed.

測位装置10を車両に搭載する場合、あるいは、携帯可能にして人が携帯する場合、衛星用通信部12(より正確には受信アンテナ)の高さ位置は、道路の高度情報に受信アンテナの高さ(路面からの高さ)を加えたものになる。このため、より精度高く測位を行うためには、受信アンテナの高さ位置を特定する必要がある。また、受信アンテナの高さ位置は、車両のどの箇所に取り付けるか、あるいは、人がどのように保持するかで異なり、受信アンテナの高さ位置の誤差を考慮することが好ましい。従って、道路の高度情報に対応付けて、その高度情報の精度情報(信頼性)を設定することで、より精度良く受信アンテナの高さ範囲を決定することができる。   When the positioning device 10 is mounted on a vehicle or carried by a person so that it can be carried, the height position of the satellite communication unit 12 (more precisely, the receiving antenna) depends on the height of the receiving antenna. It will be added (height from the road surface). For this reason, in order to perform positioning with higher accuracy, it is necessary to specify the height position of the receiving antenna. Further, the height position of the receiving antenna differs depending on where the vehicle is attached or how a person holds it, and it is preferable to consider an error in the height position of the receiving antenna. Therefore, the height range of the receiving antenna can be determined with higher accuracy by setting the accuracy information (reliability) of the altitude information in association with the altitude information of the road.

上述の制限方法により解の探索範囲を制限し、有限の解の候補から最終的に解(アンビギュイティ)を決定する方法としては、例えば、Hatch法があり、本発明の方法を適用することができる。また、LAMDA法を用いる場合にも、高度情報を解の検定に利用することができる。   As a method of limiting the solution search range by the above-described limiting method and finally determining a solution (ambiguity) from finite solution candidates, for example, there is a Hatch method, and the method of the present invention is applied. Can do. Also, when using the LAMDA method, altitude information can be used for testing the solution.

次に、処理部11は、測位した位置の信頼性を判定する(S12)。測位した位置の信頼性の判定は、例えば、以下のようにすることができる。測位した位置をRTK−GPSで決定した解により求めた場合には、Hatch法であれば、搬送波の二重位相差と、擬似距離を搬送波の波長で除算した値との差分が整数値に近いほど解の信頼性(すなわち、その解により求めた位置の信頼性)が高いと判定することができる。また、LAMBDA法であれば、同様に、上述の差分と整数値との残差を用い、複数の解のうち最も残差の小さい値と、その次に残差が小さい値との比が高いほど信頼性が高いと判定することができる。また、磁気ネイルや光ビーコン等の路側装置との通信により位置を測位した場合には、それぞれの路側装置に対応する信頼性を用いることができる。   Next, the processing unit 11 determines the reliability of the measured position (S12). The determination of the reliability of the measured position can be performed as follows, for example. In the case of the hatch method, when the measured position is obtained by a solution determined by RTK-GPS, the difference between the double phase difference of the carrier and the value obtained by dividing the pseudorange by the wavelength of the carrier is close to an integer value. It can be determined that the reliability of the solution (that is, the reliability of the position obtained by the solution) is high. In the case of the LAMBDA method, similarly, the residual between the above-described difference and integer value is used, and the ratio of the smallest residual value to the next smallest residual value among a plurality of solutions is high. It can be determined that the reliability is higher. In addition, when the position is measured by communication with a roadside device such as a magnetic nail or an optical beacon, reliability corresponding to each roadside device can be used.

処理部11は、信頼性が高いか否かを判定し(S13)、信頼性が高くない場合(S13でNO)、ステップS11以降の処理を続ける。アンビギュイティを決定するための本処理(ステップS14以降の処理)では、1回の測定(1エポック)で解を決定するために、測位前の位置としては、信頼性の高い解(位置)を用いることが重要であるからである。   The processing unit 11 determines whether or not the reliability is high (S13). If the reliability is not high (NO in S13), the processing from step S11 is continued. In this process for determining ambiguity (process after step S14), since the solution is determined by one measurement (one epoch), a highly reliable solution (position) is used as the position before positioning. This is because it is important to use.

信頼性が高い場合(S13でYES)、処理部11は、速度ベクトルを算出する(S14)。すなわち、信頼性が高いと判定した場合にのみ、次回以降のアンビギュイティ決定において、求めた位置と速度ベクトルを用いる。例えば、測位前(すなわち、過去)に求めた自身の位置の信頼性が高い場合、その位置からの速度ベクトルを用いることで、解を探索するための探索範囲の中心を精度良く求めることができる。この場合、解の探索範囲を狭いエリアに制限することができ、正しい解を算出できる可能性(特に、1エポックで解を算出できる可能性)を向上させることができる。   When the reliability is high (YES in S13), the processing unit 11 calculates a velocity vector (S14). That is, only when it is determined that the reliability is high, the obtained position and velocity vector are used in the next and subsequent ambiguity determination. For example, when the reliability of the position obtained before positioning (that is, in the past) is high, the center of the search range for searching for a solution can be obtained with high accuracy by using the velocity vector from the position. . In this case, the solution search range can be limited to a narrow area, and the possibility that a correct solution can be calculated (particularly, the possibility that a solution can be calculated in one epoch) can be improved.

速度ベクトルの算出は、例えば、各衛星G1〜GNが送信した搬送波の周波数を検出することにより、ドップラーシフトを算出して自身の速度ベクトルを算出することができる。また、車輪速センサで速度を検出するとともにジャイロセンサで移動方位を検出することで速度ベクトルを算出してもよい。まず、ドップラーシフトを用いて速度ベクトルを算出する例について説明する。   The velocity vector can be calculated, for example, by detecting the frequency of the carrier wave transmitted by each of the satellites G1 to GN, thereby calculating the Doppler shift and calculating its own velocity vector. Alternatively, the speed vector may be calculated by detecting the speed with a wheel speed sensor and detecting the moving direction with a gyro sensor. First, an example in which a velocity vector is calculated using Doppler shift will be described.

図9はドップラーシフトを用いて速度ベクトルを算出する例を示す説明図である。図9に示すように、衛星G1が出力する搬送波の周波数をν1s、測位対象100が衛星G1の搬送波を受信して測定した該搬送波の周波数をν1rとする。また、衛星G1の既知の速度ベクトルをVg1(vx1、vy1、vz1)とし、測位対象100の未知の速度ベクトルをV(vx、vy、vz)とする。   FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of calculating a velocity vector using Doppler shift. As shown in FIG. 9, it is assumed that the frequency of the carrier wave output from the satellite G1 is ν1s, and the positioning object 100 receives the carrier wave of the satellite G1 and measures the frequency of the carrier wave ν1r. Further, the known velocity vector of the satellite G1 is Vg1 (vx1, vy1, vz1), and the unknown velocity vector of the positioning object 100 is V (vx, vy, vz).

測位対象100の衛星G1に対する相対的な速度ベクトルをVr1とすると、速度ベクトルVr1は、式(7)で表わすことができる。   When the relative velocity vector of the positioning target 100 with respect to the satellite G1 is Vr1, the velocity vector Vr1 can be expressed by Expression (7).

Figure 2010071686
Figure 2010071686

そして、測位対象100から衛星G1へ向かう方向と速度ベクトルVr1の方向とのなす角度をθ1とすると、式(8)が成立し、式(9)が得られる。なお、ここで、相対的な速度ベクトルVr1の大きさは、光の速度cよりも十分に小さいとして近似している。   When the angle between the direction from the positioning target 100 toward the satellite G1 and the direction of the velocity vector Vr1 is θ1, Equation (8) is established and Equation (9) is obtained. Here, the magnitude of the relative velocity vector Vr1 is approximated as being sufficiently smaller than the light velocity c.

同様に、衛星G2が出力する搬送波の周波数をν2s、測位対象100が衛星G2の搬送波を受信して測定した該搬送波の周波数をν2rとする。また、衛星G2の既知の速度ベクトルをVg2(vx2、vy2、vz2)とし、測位対象100の衛星G2に対する相対的な速度ベクトルをVr2とし、測位対象100から衛星G2へ向かう方向と速度ベクトルVr2の方向とのなす角度をθ2とすると、式(10)が得られる。   Similarly, the frequency of the carrier wave output by the satellite G2 is ν2s, and the frequency of the carrier wave measured by the positioning object 100 by receiving the carrier wave of the satellite G2 is ν2r. The known velocity vector of the satellite G2 is Vg2 (vx2, vy2, vz2), the relative velocity vector of the positioning target 100 with respect to the satellite G2 is Vr2, and the direction from the positioning target 100 toward the satellite G2 and the velocity vector Vr2 When the angle formed with the direction is θ2, Equation (10) is obtained.

同様に、衛星G3が出力する搬送波の周波数をν3s、測位対象100が衛星G3の搬送波を受信して測定した該搬送波の周波数をν3rとする。また、衛星G3の既知の速度ベクトルをVg3(vx3、vy3、vz3)とし、測位対象100の衛星G3に対する相対的な速度ベクトルをVr3とし、測位対象100から衛星G3へ向かう方向と速度ベクトルVr3の方向とのなす角度をθ3とすると、式(11)が得られる。   Similarly, the frequency of the carrier wave output from the satellite G3 is denoted by ν3s, and the frequency of the carrier wave measured by the positioning object 100 receiving the carrier wave of the satellite G3 is denoted by ν3r. The known velocity vector of the satellite G3 is Vg3 (vx3, vy3, vz3), the relative velocity vector of the positioning target 100 with respect to the satellite G3 is Vr3, and the direction from the positioning target 100 toward the satellite G3 and the velocity vector Vr3 When the angle formed with the direction is θ3, the equation (11) is obtained.

測位対象100から衛星G1へ向かう方向の単位ベクトルをE(ex1、ey1、ez1)とすると、式(9)の左辺は、速度ベクトルVr1と単位ベクトルEとの内積であるから、式(12)が成立する。同様に、式(10)、(11)から式(12)と同様の式が最終的に衛星の数だけ得ることができ、衛星から受信するエフェメリス情報により衛星位置を算出し、3機以上の衛星からの搬送波のドップラーシフトを測定(搬送波の周波数を測定)することができれば、測位対象100の速度ベクトルVを求めることができる。なお、時刻推定の精度を上げ、衛星位置の算出精度を上げるためには、4個以上の衛星からの信号を受信するのが好ましい。ドップラーシフトはマルチパスの影響を比較的受けにくく、擬似距離を用いるDGPSと比較してノイズが非常に小さい。そのため速度ベクトルの誤差が少なく、解の探索範囲をDGPSの場合に比べて制限することができる。   If the unit vector in the direction from the positioning object 100 toward the satellite G1 is E (ex1, ey1, ez1), the left side of the equation (9) is the inner product of the velocity vector Vr1 and the unit vector E. Is established. Similarly, equations (10), (11) to (12) can be finally obtained as many as the number of satellites, and the satellite position is calculated from the ephemeris information received from the satellite. If the Doppler shift of the carrier wave from the satellite can be measured (the frequency of the carrier wave can be measured), the velocity vector V of the positioning object 100 can be obtained. In order to increase the accuracy of time estimation and increase the accuracy of satellite position calculation, it is preferable to receive signals from four or more satellites. Doppler shift is relatively unaffected by multipath and has very little noise compared to DGPS using pseudoranges. For this reason, the error of the velocity vector is small, and the search range of the solution can be limited as compared with the case of DGPS.

車輪速センサ及びジャイロセンサを用いて、測位対象100の速度ベクトルを算出する場合は、例えば、車輪速センサで検出した速度及びジャイロセンサで検出した移動方位に基づいて速度ベクトルを算出する。車輪速センサにより正確な速度を求めることができる。そして、過去に得られた測位対象100の2地点の位置が判れば、ジャイロセンサにより、その2地点を結ぶ方向からの移動方位を正確に求めることができ、測位対象100の速度ベクトルを高精度に算出することができる。これにより、解の探索範囲を制限することができる。   When calculating the speed vector of the positioning object 100 using the wheel speed sensor and the gyro sensor, for example, the speed vector is calculated based on the speed detected by the wheel speed sensor and the moving direction detected by the gyro sensor. An accurate speed can be obtained by the wheel speed sensor. Then, if the positions of the two points of the positioning target 100 obtained in the past are known, the moving direction from the direction connecting the two points can be accurately obtained by the gyro sensor, and the velocity vector of the positioning target 100 can be obtained with high accuracy. Can be calculated. Thereby, the search range of the solution can be limited.

処理部11は、ステップS11〜S13で測位した測位対象100の位置及び算出した速度ベクトルを用いて、解の探索範囲を決定する(S15)。   The processing unit 11 determines a solution search range using the position of the positioning object 100 measured in steps S11 to S13 and the calculated velocity vector (S15).

図10は解の探索範囲を決定する方法の一例を示す説明図である。図10において、点Aは測位前(過去)の測位対象100の位置を示し、例えば、上述のステップS11〜S13で得られた信頼性が高い測位位置である。算出した速度ベクトルをVとし、速度ベクトル算出の時間間隔をTとすると、解の探索範囲の中心Bを、B=A+T・Vにより求める。また、探索範囲の中心Bから探索範囲の境界までの距離rdは、例えば、中心Bの誤差の標準偏差σd×3(有意水準99%)、標準偏差σd×2(有意水準95%)などに相当する値を用いることができ、この場合、例えば、rd=3σd=45cmとすることができる。なお、距離rdは、予め記憶部14に記憶しておくことができる。また、探索範囲の形状は、球状、円形状、矩形状、立方体状、直方体状など種々取り得る。   FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a method for determining a solution search range. In FIG. 10, a point A indicates the position of the positioning object 100 before positioning (past), and is a highly reliable positioning position obtained in steps S11 to S13, for example. If the calculated velocity vector is V and the time interval for calculating the velocity vector is T, the center B of the solution search range is obtained by B = A + T · V. The distance rd from the center B of the search range to the boundary of the search range is, for example, standard deviation σd × 3 (significant level 99%), standard deviation σd × 2 (significant level 95%), etc. A corresponding value can be used, and in this case, for example, rd = 3σd = 45 cm. The distance rd can be stored in the storage unit 14 in advance. The search range may have various shapes such as a spherical shape, a circular shape, a rectangular shape, a cubic shape, and a rectangular parallelepiped shape.

解の探索範囲は、DGPSで解を求める場合に比べて、狭くすることができ正しい解を求めることができる期待値が向上する。例えば、DGPSの場合、誤差の標準偏差σp×3(有意水準99%)に相当する値を用いた場合には、σp=60cm程度であるので、解の探索範囲は、約180cm程度の範囲となるのに対し、上述のドップラーシフトにより求めた速度ベクトルを用いる場合には、45cm程度となり、同一の有意水準において、探索範囲の半径は、135cm程度小さくなり、DGPSの場合に比べて探索範囲は約64分の1になる。   The solution search range can be narrowed compared to the case where the solution is obtained by DGPS, and the expected value for obtaining the correct solution is improved. For example, in the case of DGPS, when a value corresponding to the standard deviation of error σp × 3 (significance level 99%) is used, σp = about 60 cm, so the solution search range is about 180 cm. On the other hand, when the velocity vector obtained by the above-mentioned Doppler shift is used, it is about 45 cm. At the same significance level, the radius of the search range is reduced by about 135 cm, and the search range is smaller than that in the case of DGPS. It will be about 1/64.

すなわち、DGPSで求めた解はマルチパスによる影響で誤差が大きくなりやすく、解を探索する範囲が広くなるため正確な解が得られないことが多い。一方、ドップラーシフトにより得られる速度ベクトルを用いる場合、ドップラーシフトはマルチパスの影響を受けにくいため、速度ベクトルの誤差が少なく、解の探索範囲をDGPSの場合に比べて一層制限することができる。なお、車輪速センサ及びジャイロセンサにより得られる速度ベクトルを用いる場合にも、用いるセンサの精度に応じて解の探索範囲を設定し、アンビギュイティを決定することができる。決定したアンビギュイティに基づいて自身の位置を測位する。過去の測位位置と速度ベクトルとから解の探索範囲を制限した上でアンビギュイティを決定するので、従来の方法に比べてアンビギュイティの算出を高速化し、特に1回の測定(1エポック)で解を算出する可能性を向上させる。これにより、都市部などにおけるRTK−GPSの測位が可能な時間を大幅に増加させることができる。   That is, the solution obtained by DGPS is likely to have a large error due to the influence of multipath, and an accurate solution cannot be obtained in many cases because the range for searching for the solution becomes wide. On the other hand, when a velocity vector obtained by Doppler shift is used, since the Doppler shift is not easily affected by multipath, the error of the velocity vector is small and the search range of the solution can be further limited as compared with the case of DGPS. In addition, also when using the speed vector obtained by a wheel speed sensor and a gyro sensor, the search range of a solution can be set according to the precision of the sensor to be used, and ambiguity can be determined. Based on the determined ambiguity, it positions itself. Since the ambiguity is determined after limiting the search range of the solution from the past positioning position and velocity vector, the ambiguity calculation is faster than the conventional method, especially one measurement (one epoch). Improve the possibility of calculating the solution with. Thereby, the time which can perform RTK-GPS positioning in an urban area etc. can be increased significantly.

図11は解の探索範囲を限定する様子を模式的に示す説明図である。上述のとおり、各主衛星G1〜G4からの搬送波の位相が等しい点(解の候補)は多数存在する。図11の例では、主衛星G1、G2からの搬送波の等位相面を模式的に表している。等位相面が交差する点(図中、丸印で示す)が解の候補である。速度ベクトルを用いることにより、多数の解の候補のうち、解の探索範囲Sで示される領域内に存在するものに限定することができる。なお、他の主衛星G3、G4についても同様である。   FIG. 11 is an explanatory diagram schematically showing how the solution search range is limited. As described above, there are many points (solution candidates) where the phases of the carrier waves from the main satellites G1 to G4 are equal. In the example of FIG. 11, the equiphase surfaces of the carrier waves from the main satellites G1 and G2 are schematically shown. A point where isophase planes intersect (indicated by a circle in the figure) is a solution candidate. By using the velocity vector, it is possible to limit the number of solution candidates to those existing in the region indicated by the solution search range S. The same applies to the other main satellites G3 and G4.

処理部11は、決定した探索範囲内の解の候補から解を算出し(S16)、解の信頼性を判定する(S17)。解の信頼性の判定は、ステップS13と同様の方法を用いることができる。すなわち、RTK−GPSで解を算出する場合に、Hatch法を用いるときは、搬送波の二重位相差と、擬似距離を搬送波の波長で除算した値との差分が整数値に近いほど解の信頼性(すなわち、その解により求めた位置の信頼性)が高いと判定することができる。また、LAMBDA法を用いる場合は、同様に、上述の差分と整数値との残差を用い、複数の解のうち最も残差の小さい値と、その次に残差が小さい値との比が高いほど信頼性が高いと判定することができる。   The processing unit 11 calculates a solution from the solution candidates within the determined search range (S16), and determines the reliability of the solution (S17). The solution reliability can be determined using the same method as in step S13. That is, when calculating the solution with RTK-GPS, when using the Hatch method, the closer the difference between the double phase difference of the carrier and the value obtained by dividing the pseudorange by the wavelength of the carrier is closer to the integer value, the more reliable the solution is. It can be determined that the property (that is, the reliability of the position obtained from the solution) is high. Similarly, when the LAMBDA method is used, similarly, the residual between the above-described difference and the integer value is used, and the ratio between the smallest residual value of the plurality of solutions and the next smallest residual value is obtained. It can be determined that the higher the reliability, the higher the reliability.

解の信頼性が高くない場合(S18でNO)、処理部11は、ステップS11以降の処理を続ける。解の信頼性が高くない場合には、次の測定時(エポック)でドップラーシフトによる速度ベクトルを用いて解を求めることができないので、前段階の処理に戻る。   When the reliability of the solution is not high (NO in S18), the processing unit 11 continues the processing from step S11. If the reliability of the solution is not high, the solution cannot be obtained using the velocity vector by the Doppler shift at the next measurement (epoch), so the process returns to the previous stage.

解の信頼性が高い場合(S18でYES)、処理部11は、位置を測位し(S19)、処理を継続するか否かを判定する(S20)。処理を継続する場合(S20でYES)、処理部11は、次の測定時(エポック)でもドップラーシフトによる速度ベクトルを用いて解を算出すべくステップS14以降の処理を続け、処理を継続しない場合(S20でNO)、処理を終了する。   When the reliability of the solution is high (YES in S18), the processing unit 11 measures the position (S19) and determines whether or not to continue the process (S20). When the process is continued (YES in S20), the processing unit 11 continues the process after step S14 to calculate the solution using the velocity vector by the Doppler shift even at the next measurement (epoch), and does not continue the process. (NO in S20), the process is terminated.

上述の図6の例では、解を算出する概略的な流れについて説明した。以下、より詳細にHatch法を用いた場合の処理について説明する。   In the example of FIG. 6 described above, a schematic flow for calculating a solution has been described. Hereinafter, the processing when the Hatch method is used will be described in more detail.

図12乃至図15は測位装置10のHatch法による測位処理の手順を示すフローチャートである。図6のフローチャートにおいて、ステップS11〜S13に相当する箇所が、図12及び図13のステップS101〜S113である。また、図6のフローチャートにおいて、ステップS14以降に相当する箇所が、図14及び図15でのステップS114以降に相当する。   12 to 15 are flowcharts showing the procedure of the positioning process by the Hatch method of the positioning device 10. In the flowchart of FIG. 6, locations corresponding to steps S11 to S13 are steps S101 to S113 of FIGS. 12 and 13. Further, in the flowchart of FIG. 6, a portion corresponding to step S <b> 14 and subsequent steps corresponds to step S <b> 114 and subsequent steps in FIGS. 14 and 15.

処理部11は、主衛星G1〜G4からの信号の搬送波位相、擬似距離を測定し(S101)、基準局300で測定された主衛星G1〜G4からの信号の搬送波位相、擬似距離を受信する(S102)。処理部11は、搬送波位相の各二重位相差を算出する(S103)。   The processing unit 11 measures the carrier phase and pseudorange of the signals from the main satellites G1 to G4 (S101), and receives the carrier phase and pseudorange of the signals from the main satellites G1 to G4 measured by the reference station 300 ( S102). The processing unit 11 calculates each double phase difference of the carrier phase (S103).

測位装置10で測定した主衛星G1〜G4からの搬送波位相をそれぞれΦ1u〜Φ4uとし、基準局300で測定した主衛星G1〜G4からの搬送波位相をそれぞれΦ1r〜Φ4rとすると、主衛星G1(基準衛星)の搬送波位相を基準とした各主衛星G2〜G4の搬送波位相の差(二重位相差)は、式(13)〜式(15)で表すことができる。ここで、▽△は二重位相差を算出するための演算子(オペレータ)である。二重位相差を用いることにより、電離圏や対流圏での電波の遅延時間及び測位装置10の受信機の時計の誤差をキャンセルすることができる。   If the carrier phases from the main satellites G1 to G4 measured by the positioning device 10 are Φ1u to Φ4u, respectively, and the carrier phases from the main satellites G1 to G4 measured by the reference station 300 are Φ1r to Φ4r, respectively, the main satellite G1 (reference satellite) The carrier phase difference (double phase difference) of each of the main satellites G2 to G4 with reference to the carrier phase of) can be expressed by Equations (13) to (15). Here, ▽ Δ is an operator (operator) for calculating the double phase difference. By using the double phase difference, it is possible to cancel the radio wave delay time in the ionosphere or troposphere and the clock error of the receiver of the positioning device 10.

Figure 2010071686
Figure 2010071686

演算子▽△を用いることにより、式(13)〜式(15)は、式(16)のように表すことができる。ここで、i=2、3、4である。以降、二重位相差を算出する演算子を式(16)のように定義する。   By using the operator ▽ Δ, the expressions (13) to (15) can be expressed as the expression (16). Here, i = 2, 3, and 4. Hereinafter, an operator for calculating the double phase difference is defined as in Expression (16).

Figure 2010071686
Figure 2010071686

本実施の形態では、二重位相差の演算を各主衛星G1〜G4のL1信号(1575.42MHz)とL2信号(1227.60MHz)の位相差(これをワイドレーンと称する)に関して行う。すなわち、ワイドレーンΦ(wide)は式(17)のようにL1とL2の位相差で定義され、式(18)が成り立つ。   In the present embodiment, the calculation of the double phase difference is performed with respect to the phase difference (referred to as a wide lane) between the L1 signal (1575.42 MHz) and the L2 signal (1222.70 MHz) of each of the main satellites G1 to G4. That is, the wide lane Φ (wide) is defined by the phase difference between L1 and L2 as in Expression (17), and Expression (18) is established.

Figure 2010071686
Figure 2010071686

このワイドレーンの二重位相差において、式(19)が成り立つ。ここで、i=2、3、4である。   Equation (19) is established for the double phase difference of the wide lane. Here, i = 2, 3, and 4.

Figure 2010071686
Figure 2010071686

式(19)において、Riは測位装置10の受信機又は基準局300と各主衛星G1〜G4とのコード位相を用いて求めた擬似距離であり、式(20)で表すことができる。また、N(wide)はアンビギュイティであって整数値であり、式(21)で表すことができる。また、λ(wide)はワイドレーンの波長であり、式(22)で表すことができ、L1信号が1575.42MHz、L2信号が1227.60MHzであるので、λ(wide)は0.863mとなる。   In Expression (19), Ri is a pseudorange obtained using the code phase between the receiver of the positioning device 10 or the reference station 300 and each of the main satellites G1 to G4, and can be expressed by Expression (20). N (wide) is ambiguity and an integer value, and can be expressed by equation (21). Also, λ (wide) is the wavelength of the wide lane and can be expressed by equation (22). Since the L1 signal is 1575.42 MHz and the L2 signal is 1222.70 MHz, λ (wide) is 0.863 m. Become.

式(19)は、ワイドレーンの二重位相差が等しくなる地点は位相2πごとに多数あるので、これらを表す点を、アンビギュイティ(解の候補)を含んだ式として表現したものである。測位装置10は、受信機で受信した各搬送波の位相差を算出し、基準局300から基準局300で測定された各搬送波の位相差を取得する。測位装置10は、算出した位相差及び取得した位相差に基づいて、アンビギュイティを決定し、既知である基準局300の位置情報と、衛星の位置情報、衛星との距離を用いて、受信部の位置を決定することができる。このように、アンビギュイティが求まると受信機の位置が求まることがわかる。   Since there are many points where the double phase difference of the wide lane becomes equal for each phase 2π, the expression (19) is expressed as an expression including ambiguity (solution candidate). . The positioning apparatus 10 calculates the phase difference of each carrier wave received by the receiver, and acquires the phase difference of each carrier wave measured by the reference station 300 from the reference station 300. The positioning device 10 determines the ambiguity based on the calculated phase difference and the acquired phase difference, and uses the known position information of the reference station 300, the position information of the satellite, and the distance to the satellite, Can be determined. Thus, it can be seen that when the ambiguity is obtained, the position of the receiver is obtained.

処理部11は、解の候補が残存しているか否かを判定し(S104)、解の候補が残存していない場合(S104でNO)、測定した擬似距離からアンビギュイティの初期値を算出し(S105)、算出した初期値の信頼度を算出する(S106)。解の候補が残存しているか否かを判定するのは、直近の処理で解の候補が複数求められたものの1つの解(真の解)に決定できなかった場合に真の解を決定するための処理を繰り返すためのものである。従って、解の候補を最初に求める処理では、解の候補は残存していない。   The processing unit 11 determines whether or not a solution candidate remains (S104). If no solution candidate remains (NO in S104), the processing unit 11 calculates an initial value of ambiguity from the measured pseudorange. Then, the reliability of the calculated initial value is calculated (S106). Whether or not a solution candidate remains is determined by determining the true solution when a plurality of solution candidates are obtained in the most recent process but cannot be determined as one solution (true solution) This is for repeating the process. Accordingly, no solution candidates remain in the process of obtaining the solution candidates first.

アンビギュイティの初期値は、例えば、式(23)で算出することができる。   The initial value of ambiguity can be calculated by, for example, Expression (23).

Figure 2010071686
Figure 2010071686

式(23)において、Φ(wide)、Riは測定することができ、λ(wide)は式(22)により算出することができる。式(23)は、▽△Riと二重位相差を取った値に存在する搬送波の端数(整数部と小数部とを含む)と測定した搬送波位相差(0〜2π内)との差であって、一番近い整数値をアンビギュイティの初期値として求める。これにより、算出すべき解(アンビギュイティ)に近い値を初期値として求めることができ、解の決定率を向上させることができる。   In Expression (23), Φ (wide) and Ri can be measured, and λ (wide) can be calculated by Expression (22). Equation (23) is the difference between the fraction of the carrier wave (including the integer part and the fractional part) present in the value obtained by taking the double phase difference with ▽ ΔRi and the measured carrier wave phase difference (within 0 to 2π). Then, the nearest integer value is obtained as the initial value of the ambiguity. As a result, a value close to the solution (ambiguity) to be calculated can be obtained as an initial value, and the determination rate of the solution can be improved.

上述のアンビギュイティの初期値の算出では、擬似距離を用いたが、他の測定値を用いることもできる。例えば、測位対象100が車両の場合、光ビーコンとの通信により、受信機のアンテナの位置が光ビーコンと通信可能な1m程度の範囲内にあると推定可能な場合、その推定値と各主衛星G1〜G4との絶対距離を擬似距離に代えて用いることができる。これにより、精度の高い初期値を算出することが可能となる。   In the above-described calculation of the initial value of ambiguity, the pseudo distance is used, but other measurement values can also be used. For example, when the positioning target 100 is a vehicle, when it is possible to estimate that the position of the receiver antenna is within a range of about 1 m that can be communicated with the optical beacon by communication with the optical beacon, the estimated value and each main satellite The absolute distance from G1 to G4 can be used instead of the pseudo distance. This makes it possible to calculate a highly accurate initial value.

また、アンビギュイティの初期値を算出する際に用いる測定値の測定精度に応じて、アンビギュイティの初期値の信頼度を算出することができる。   Further, the reliability of the initial value of the ambiguity can be calculated according to the measurement accuracy of the measurement value used when calculating the initial value of the ambiguity.

図16はアンビギュイティの初期値の信頼度の一例を示す説明図である。図16に示すように、測位方法と信頼性の評価値を関連付けた評価値テーブルを記憶部14に記憶しておくことができる。例えば、光ビーコンとの通信時には、測位装置10の推定位置を光ビーコンとの通信領域に限定することができ、高精度に位置を測定することができることから、評価値を90に設定する。   FIG. 16 is an explanatory diagram showing an example of the reliability of the initial value of the ambiguity. As illustrated in FIG. 16, an evaluation value table in which a positioning method and reliability evaluation values are associated with each other can be stored in the storage unit 14. For example, at the time of communication with an optical beacon, the estimated position of the positioning device 10 can be limited to the communication area with the optical beacon, and the position can be measured with high accuracy, so the evaluation value is set to 90.

また、RTK−GPS(搬送波同期式)で解が求められた時、マルチパスの影響が小さく、位置を高精度に測位することができることから、評価値を90に設定する。また、GPS(コード同期式)で解が求められた時は、例えば、受信状況に応じて50〜70の範囲で評価値を設定する。例えば、受信できた衛星の数が4、DOP(dilution of precision)値が大きく、信号強度、SN比が小さい場合、評価値を50に設定し、受信できた衛星の数が8、信号強度、SN比が大きい場合、評価値を70に設定する。受信状況として、受信した信号の相関関数の歪みの程度を考慮して、歪みが大きい場合には、小さい評価値を設定し、歪みが小さい場合には、大きい評価値を設定することもできる。   In addition, when the solution is obtained by RTK-GPS (carrier synchronization type), the evaluation value is set to 90 because the influence of multipath is small and the position can be measured with high accuracy. Further, when a solution is obtained by GPS (code synchronization type), for example, an evaluation value is set in a range of 50 to 70 according to a reception situation. For example, when the number of received satellites is 4, the DOP (dilution of precision) value is large, the signal strength and the SN ratio are small, the evaluation value is set to 50, the number of received satellites is 8, the signal strength, When the SN ratio is large, the evaluation value is set to 70. Considering the degree of distortion of the correlation function of the received signal as the reception status, a small evaluation value can be set when the distortion is large, and a large evaluation value can be set when the distortion is small.

また、路面に埋められた磁気ネイル又は送信地点が予め定まっている無線機との通信時は、評価値を85に設定し、DSRC(例えば、ETC料金所など)との通信時には、通信領域に広がりがあるものの、その範囲内で推定位置が大きく誤ることはないので、評価値を75に設定する。なお、上述の評価値は、あくまで一例であって、これに限定されるものではない。   Also, when communicating with a magnetic nail buried on the road surface or a radio with a predetermined transmission point, the evaluation value is set to 85, and when communicating with a DSRC (for example, an ETC toll gate), Although there is a spread, the estimated position is not greatly mistaken within that range, so the evaluation value is set to 75. Note that the above evaluation value is merely an example, and the present invention is not limited to this.

処理部11は、算出した信頼度に基づいて、アンビギュイティの探索範囲を定める(S107)。解の候補が残存している場合(S104でYES)、処理部11は、ステップS107の処理を行う。解の候補が2つ以上残った場合には、ステップS105、S106をスキップすることでアンビギュイティの初期値を再度算出しない。これは、解の候補が2つ以上残った場合には、先に算出した初期値付近に真の解が存在する可能性が高いので、先に算出した初期値を再度用いて解の候補を求めることで効率良く真の解を求めることができるからである。   The processing unit 11 determines an ambiguity search range based on the calculated reliability (S107). When the solution candidates remain (YES in S104), the processing unit 11 performs the process of step S107. When two or more solution candidates remain, the initial value of ambiguity is not calculated again by skipping steps S105 and S106. This is because if there are two or more candidate solutions, there is a high possibility that a true solution exists in the vicinity of the initial value calculated earlier. This is because a true solution can be obtained efficiently by obtaining.

処理部11は、推定した各候補に対して主衛星のデータを用いて解を算出する(S108)。アンビギュイティの候補の推定は、式(24)で行うことができる。すなわち、真のアンビギュイティ(真の解)は、式(24)で表される範囲内にあるとすることができる。   The processing unit 11 calculates a solution for each estimated candidate using the data of the main satellite (S108). The estimation of the ambiguity candidate can be performed by Expression (24). That is, the true ambiguity (true solution) can be assumed to be within the range represented by the equation (24).

Figure 2010071686
Figure 2010071686

ここで、σpはアンビギュイティの初期値の信頼度に対応する値であり、信頼度が高かいほど小さくし、信頼度が低いほど大きくすることができる。すなわち、アンビギュイティの初期値を高い精度で推定可能な場合には、σpをより小さい値とすることができる。また、σpは、アンビギュイティの初期値(推定値)の標準偏差に相当する値を用いることができ、例えば、60cmとすることができる。また、kはk=2、3等の値とすることができ、それぞれ有意水準95%、99%に相当する。なお、σpの値は、予め記憶部14に記憶しておくことができる。   Here, σp is a value corresponding to the reliability of the initial value of the ambiguity, and can be decreased as the reliability is higher, and can be increased as the reliability is lower. That is, if the initial value of ambiguity can be estimated with high accuracy, σp can be set to a smaller value. As σp, a value corresponding to the standard deviation of the initial value (estimated value) of ambiguity can be used, and can be set to 60 cm, for example. Further, k can be a value such as k = 2, 3, etc., and corresponds to a significance level of 95% and 99%, respectively. Note that the value of σp can be stored in the storage unit 14 in advance.

一例として、k=3、σp=60cmとした場合、ワイドレーンの波長λ(wide)は約86cmであるので、アンビギュイティの初期値±2サイクルの間に真の解が存在すると考えることができる。すなわち、基準の主衛星G1を除く主衛星G2〜G4のそれぞれについて、解の候補が5個存在することになり、解の候補は全体として5の3乗=125個となる。   As an example, when k = 3 and σp = 60 cm, the wavelength λ (wide) of the wide lane is about 86 cm, so that it can be considered that a true solution exists between the initial value of ambiguity ± 2 cycles. it can. That is, for each of the main satellites G2 to G4 excluding the reference main satellite G1, there are five solution candidates, and the total number of solution candidates is 5 to the third power = 125.

測位装置10は、解の候補の中から真の解を決定するため検定を行う。処理部11は、従衛星G5〜GNのデータを用いて各解(解の候補)を検定する(S109)。   The positioning device 10 performs a test to determine a true solution from the solution candidates. The processing unit 11 verifies each solution (solution candidate) using the data of the slave satellites G5 to GN (S109).

従衛星G5〜GNのデータを用いた検定処理は、以下のように行うことができる。すなわち、各主衛星G1〜G4が送信した搬送波に基づいてアンビギュイティを決定し、決定したアンビギュイティを用いて測位装置10(自身)の位置を測位する。測位装置10は、測位した自身の位置を用いて、従衛星G5〜GNと受信部との距離を算出するとともに、従衛星G5〜GNが送信した搬送波の位相を測定する。測位装置10は、算出した距離及び測定した位相に基づいて、式(25)で表される値を算出して先に決定したアンビギュイティの確かさを検定する。ここで、i=5〜Nである。これは、主衛星G1〜G4のデータより求めた解のうち、真の解は、従衛星G5〜GNのデータにより式(25)で算出される値の整数値に近い値となると考えられるからである。   The verification process using the data of the slave satellites G5 to GN can be performed as follows. That is, the ambiguity is determined based on the carrier wave transmitted by each of the main satellites G1 to G4, and the position of the positioning device 10 (self) is determined using the determined ambiguity. The positioning device 10 calculates the distance between the satellites G5 to GN and the receiving unit using the position of the positioning device 10 and measures the phase of the carrier wave transmitted by the satellites G5 to GN. The positioning device 10 calculates the value represented by the equation (25) based on the calculated distance and the measured phase, and tests the reliability of the previously determined ambiguity. Here, i = 5 to N. This is because the true solution among the solutions obtained from the data of the main satellites G1 to G4 is considered to be a value close to the integer value of the value calculated by the equation (25) using the data of the slave satellites G5 to GN. It is.

Figure 2010071686
Figure 2010071686

各候補に対して求めた解(アンビギュイティ)、すなわち整数値と式(25)で算出される値に最も近い整数値との差が所定の閾値(例えば、0.1、0.2など)より大きい場合には、その解(アンビギュイティ)を破棄し、所定の閾値より小さい場合には、真の解の候補として残す。   The solution (ambiguity) obtained for each candidate, that is, the difference between the integer value and the integer value closest to the value calculated by Equation (25) is a predetermined threshold (for example, 0.1, 0.2, etc.) ) Is discarded, the solution (ambiguity) is discarded, and if it is smaller than a predetermined threshold, it is left as a true solution candidate.

上述のように、検定処理を行うことにより、多数の解の候補の中から候補の数を絞り込むことができ、解(アンビギュイティ)の決定を高速化かつ高い精度で行うことが可能となる。   As described above, by performing the verification process, the number of candidates can be narrowed down from a large number of solution candidates, and determination of the solution (ambiguity) can be performed at high speed and with high accuracy. .

処理部11は、解の候補があるか否かを判定し(S110)、解の候補がある場合(S110でYES)、解の候補が1つであるか否かを判定する(S111)。解の候補が1つである場合(S111でYES)、処理部11は、残った1つの候補を真の解と決定し(S112)、決定した解に基づいて、測位対象100の位置を測位する(S113)。   The processing unit 11 determines whether there is a solution candidate (S110). If there is a solution candidate (YES in S110), the processing unit 11 determines whether there is one solution candidate (S111). When there is one solution candidate (YES in S111), the processing unit 11 determines the remaining one candidate as a true solution (S112), and determines the position of the positioning target 100 based on the determined solution. (S113).

一方、解の候補がない場合(S110でNO)、あるいは、解の候補が1つでない場合(S111でNO)、処理部11は、次のエポックでステップS101以降の処理を続ける。以上の処理により、処理部11は、前段階としての信頼性が高い測位位置を取得することができる。   On the other hand, when there is no solution candidate (NO in S110), or when there is not one solution candidate (NO in S111), the processing unit 11 continues the processing after step S101 in the next epoch. Through the above processing, the processing unit 11 can acquire a positioning position with high reliability as the previous stage.

処理部11は、主衛星G1〜G4からの信号の搬送波位相、周波数を測定し(S114)、ドップラーシフトを用いて速度ベクトルを算出する(S115)。処理部11は、基準局300で測定された主衛星G1〜G4からの信号の搬送波位相を受信し(S116)、搬送波位相の各二重位相差を算出する(S117)。なお、この場合、式(13)〜式(22)が成り立つ。   The processing unit 11 measures the carrier phase and frequency of signals from the main satellites G1 to G4 (S114), and calculates the velocity vector using the Doppler shift (S115). The processing unit 11 receives the carrier phase of the signals from the main satellites G1 to G4 measured by the reference station 300 (S116), and calculates each double phase difference of the carrier phase (S117). In this case, equations (13) to (22) are established.

処理部11は、解の候補が残存しているか否かを判定し(S118)、解の候補が残存していない場合(S118でNO)、前回の測位位置(ステップS113で求めた測位位置)及び算出した速度ベクトルを用いて、アンビギュイティの初期値を算出する(S119)。ここで、アンビギュイティの初期値は、例えば、図10の例の点Bであり、解の探索範囲の中心とすることができる。   The processing unit 11 determines whether or not a solution candidate remains (S118). If no solution candidate remains (NO in S118), the previous positioning position (the positioning position obtained in step S113). And the initial value of ambiguity is calculated using the calculated velocity vector (S119). Here, the initial value of the ambiguity is, for example, the point B in the example of FIG. 10, and can be the center of the solution search range.

処理部11は、算出した初期値の信頼度を算出する(S120)。なお、ステップS120で算出する信頼度は、ステップS106で算出した信頼度よりも高い。ドップラーシフトにより得られる速度ベクトルを用いる場合、ドップラーシフトはマルチパスの影響を比較的受けにくく、擬似距離を用いるDGPSと比較してノイズが非常に小さい。そのため速度ベクトルの誤差が少ないからである。   The processing unit 11 calculates the reliability of the calculated initial value (S120). Note that the reliability calculated in step S120 is higher than the reliability calculated in step S106. When a velocity vector obtained by Doppler shift is used, Doppler shift is relatively less susceptible to multipath, and noise is very small compared to DGPS using pseudorange. This is because there is little error in the velocity vector.

処理部11は、算出した信頼度に基づいて、アンビギュイティの探索範囲を定める(S121)。なお、ステップS121で決定する探索範囲は、ステップS107で決定する探索範囲よりも狭い。ドップラーシフトにより得られる速度ベクトルを用いる場合、ドップラーシフトはマルチパスの影響を比較的受けにくく、擬似距離を用いるDGPSと比較してノイズが非常に小さい。そのため速度ベクトルの誤差が少ないからである。   The processing unit 11 determines an ambiguity search range based on the calculated reliability (S121). Note that the search range determined in step S121 is narrower than the search range determined in step S107. When a velocity vector obtained by Doppler shift is used, Doppler shift is relatively less susceptible to multipath, and noise is very small compared to DGPS using pseudorange. This is because there is little error in the velocity vector.

解の候補が残存している場合(S118でYES)、処理部11は、ステップS121の処理を行う。処理部11は、推定した各候補に対して主衛星のデータを用いて解を算出する(S122)。アンビギュイティの候補の推定は、式(26)で行うことができる。すなわち、真のアンビギュイティ(真の解)は、式(26)で表される範囲内にあるとすることができる。なお、式(26)で表わされる範囲は、式(24)で表わされる範囲よりも狭い。   When the solution candidate remains (YES in S118), the processing unit 11 performs the process of step S121. The processing unit 11 calculates a solution for each estimated candidate using the data of the main satellite (S122). The ambiguity candidate can be estimated by Expression (26). That is, the true ambiguity (true solution) can be assumed to be within the range expressed by the equation (26). In addition, the range represented by Formula (26) is narrower than the range represented by Formula (24).

Figure 2010071686
Figure 2010071686

ここで、σdはアンビギュイティの初期値の信頼度に対応する値であり、信頼度が高かいほど小さくし、信頼度が低いほど大きくすることができる。すなわち、アンビギュイティの初期値を高い精度で推定可能な場合には、σdをより小さい値とすることができる。また、σdは、アンビギュイティの初期値(推定値)の標準偏差に相当する値を用いることができ、例えば、15cmとすることができる。また、kはk=2、3等の値とすることができ、それぞれ有意水準95%、99%に相当する。   Here, σd is a value corresponding to the reliability of the initial value of the ambiguity, and can be decreased as the reliability is higher and can be increased as the reliability is lower. That is, when the initial value of ambiguity can be estimated with high accuracy, σd can be set to a smaller value. As σd, a value corresponding to the standard deviation of the initial value (estimated value) of ambiguity can be used, and can be set to 15 cm, for example. Further, k can be a value such as k = 2, 3, etc., and corresponds to a significance level of 95% and 99%, respectively.

測位装置10は、解の候補の中から真の解を決定するため検定を行う。処理部11は、従衛星G5〜GNのデータを用いて各解(解の候補)を検定する(S123)。   The positioning device 10 performs a test to determine a true solution from the solution candidates. The processing unit 11 verifies each solution (solution candidate) using the data of the slave satellites G5 to GN (S123).

従衛星G5〜GNのデータを用いた検定処理は、式(25)を用いて、S109と同様に行うことができる。以下のように行うことができる。上述のように、検定処理を行うことにより、多数の解の候補の中から候補の数を絞り込むことができ、解(アンビギュイティ)の決定を高速化(1エポックで)かつ高い精度で行うことが可能となる。   The verification process using the data of the slave satellites G5 to GN can be performed in the same manner as S109 using Expression (25). This can be done as follows. As described above, by performing the verification process, the number of candidates can be narrowed down from among a large number of solution candidates, and determination of the solution (ambiguity) is performed at high speed (in one epoch) and with high accuracy. It becomes possible.

処理部11は、解の候補があるか否かを判定し(S124)、解の候補がある場合(S124でYES)、解の候補が1つであるか否かを判定する(S125)。解の候補が1つである場合(S125でYES)、処理部11は、残った1つの候補を真の解と決定し(S126)、決定した解に基づいて、測位対象100の位置を測位する(S127)。   The processing unit 11 determines whether there is a solution candidate (S124). If there is a solution candidate (YES in S124), the processing unit 11 determines whether there is one solution candidate (S125). When the number of solution candidates is one (YES in S125), the processing unit 11 determines the remaining one candidate as a true solution (S126), and determines the position of the positioning target 100 based on the determined solution. (S127).

処理部11は、処理を継続するか否かを判定し(S128)、処理を継続する場合(S128でYES)、解の決定から所定時間経過したか否かを判定する(S129)。   The processing unit 11 determines whether or not to continue the processing (S128). When the processing is continued (YES in S128), the processing unit 11 determines whether or not a predetermined time has elapsed since the determination of the solution (S129).

図10の例において、信頼性の高い測位位置Aから速度ベクトルVを用いて、点Bを求める場合、1回の速度ベクトルを算出する方法に限定されるものではなく、例えば、時刻t0に位置Aを測位し、その後時刻t1、t2、t3と経過する都度に速度ベクトルV(t1)、V(t2)、V(t3)を算出した場合、点BをB=A+(t1−t0)・V(t1)+(t2−t1)・V(t2)+(t3−t2)・V(t3)として求めることができる。このような場合、時間の経過に伴って、速度ベクトルの和の信頼性が低下する。そこで、信頼度の高い解が得られた後の経過時間に応じて、解の制限法を選択することができる。すなわち、解の決定から所定時間経過した場合には、ドップラーシフトによる速度ベクトルを利用せずに、DGPSで解を制限し、解の決定から所定時間経過していない場合には、解の探索範囲を広げる必要がないので、ドップラーシフトによる速度ベクトルを利用して解の探索範囲を決定することができる。   In the example of FIG. 10, when the point B is obtained from the highly reliable positioning position A by using the velocity vector V, the method is not limited to the method of calculating the velocity vector once, for example, at the time t0. When A is measured and velocity vectors V (t1), V (t2), and V (t3) are calculated every time after time t1, t2, and t3, point B is expressed as B = A + (t1-t0). V (t1) + (t2-t1) .V (t2) + (t3-t2) .V (t3). In such a case, the reliability of the sum of velocity vectors decreases with time. Therefore, a solution limiting method can be selected in accordance with the elapsed time after a highly reliable solution is obtained. That is, when a predetermined time has elapsed since the determination of the solution, the solution is limited by DGPS without using a velocity vector due to Doppler shift, and when the predetermined time has not elapsed since the determination of the solution, the search range of the solution Therefore, it is possible to determine the search range of the solution using the velocity vector due to the Doppler shift.

また、測位前の自身の位置が測位された時点からの時間経過とともに、探索範囲を大きくする(例えば、経過時間が3倍になった場合、σdをルート3倍にする)ことにより、時間経過に応じてアンビギュイティ(解)の初期値の信頼度が低下する場合でも、真の解が探索範囲内に存在するようにすることができ、アンビギュイティを決定することができないという事態を防止することができる。   In addition, with the passage of time from the time when the position before positioning is measured, the search range is increased (for example, when the elapsed time is tripled, σd is tripled as the route), thereby elapse of time. Even if the reliability of the initial value of the ambiguity (solution) decreases according to the situation, the true solution can be made to exist within the search range and the ambiguity cannot be determined. Can be prevented.

解の決定から所定時間経過していない場合(S129でNO)、処理部11は、ステップS114以降の処理を続け、解の決定から所定時間経過した場合(S129でYES)、処理部11は、ステップS101以降の処理を続ける。また、解の候補がない場合(S124でNO)、あるいは、解の候補が1つでない場合(S125でNO)、処理部11は、次のエポックでステップS101以降の処理を続ける。処理を継続しない場合(S128でNO)、処理部11は、処理を終了する。   If the predetermined time has not elapsed since the determination of the solution (NO in S129), the processing unit 11 continues the process from step S114, and if the predetermined time has elapsed since the determination of the solution (YES in S129), the processing unit 11 The processing after step S101 is continued. If there is no solution candidate (NO in S124), or if there is not one solution candidate (NO in S125), the processing unit 11 continues the processing from step S101 onward in the next epoch. When the process is not continued (NO in S128), the processing unit 11 ends the process.

上述の例においては、ステップS109、S123にて、解の検定を従衛星のデータを用いて行う構成であるが、これに限定されるものではなく、推定位置を用いて各解を検定することもでき、あるいは、高度情報を用いて各解を検定することもできる。   In the above example, the solution is verified using the data of the slave satellites in steps S109 and S123. However, the present invention is not limited to this, and each solution is verified using the estimated position. Alternatively, each solution can be tested using altitude information.

推定位置を用いて各解を検定する場合、推定位置は、例えば、GPS(コード同期式)受信機で求めた擬似距離を用いた位置ベクトル(緯度、経度、あるいは基準局300からの基線ベクトルなど)と、各候補に対して求めた解(アンビギュイティ)に基づいて算出される位置ベクトルを比較して位置ベクトルがかけ離れているものを破棄する。例えば、式(27)を用いて検定することができる。   When each solution is tested using the estimated position, the estimated position is, for example, a position vector (latitude, longitude, or baseline vector from the reference station 300) using a pseudorange obtained by a GPS (code synchronous) receiver. Then, the position vectors calculated based on the solution (ambiguity) obtained for each candidate are compared, and those that are far apart are discarded. For example, it can be tested using equation (27).

Figure 2010071686
Figure 2010071686

ここで、X(r)は、擬似距離を用いて求めた位置ベクトル、X(w)は、上述の測位処理手順でワイドレーンを用いて求めた位置ベクトルである。絶対値の記号||は、水平方向のノルムを示し、σ2は、擬似距離で求めた位置とワイドレーンを用いて求めた位置の差の水平方向の標準偏差に相当する値である。また、k=2、3は、それぞれ有意水準95%、99%に相当する。   Here, X (r) is a position vector obtained using a pseudorange, and X (w) is a position vector obtained using a wide lane in the above positioning processing procedure. The symbol || of the absolute value indicates the norm in the horizontal direction, and σ2 is a value corresponding to the standard deviation in the horizontal direction of the difference between the position obtained by the pseudo distance and the position obtained by using the wide lane. Further, k = 2 and 3 correspond to significance levels of 95% and 99%, respectively.

σ2は、例えば、式(28)で表すことができ、測定時の衛星配置などを考慮して決定することができる。式(28)において、RHDOPは、測定時の水平方向に関するRDOP(relative dilution of precision)とする。すなわち、衛星配置が良くない(衛星配置のバラツキが小さい)場合、RHDOPの値が大きくなり、X(r)の精度が低くなるため、X(r)とX(w)の測定結果の差の許容範囲を広くする。処理部11は、式(27)を満たす場合、解を破棄し、式(27)を満たさない場合、真の解の候補として残す。   For example, σ2 can be expressed by Expression (28), and can be determined in consideration of the satellite arrangement at the time of measurement. In Equation (28), RHDOP is RDOP (relative dilution of precision) in the horizontal direction at the time of measurement. That is, when the satellite arrangement is not good (the dispersion of the satellite arrangement is small), the value of RHDOP is large and the accuracy of X (r) is low, so the difference between the measurement results of X (r) and X (w) Increase the tolerance. The processing unit 11 discards the solution when the expression (27) is satisfied, and leaves it as a true solution candidate when the expression (27) is not satisfied.

また、高度情報を用いて各解を検定する場合、具体的には、ワイドレーンを用いて求めた高度をZ(w)とすると、式(29)又は式(30)を満たす場合、解を破棄し、式(29)及び式(30)を満たさない場合、真の解の候補として残す。式(29)、式(30)において、Zmax、Zminは、例えば、高さ位置範囲を特定する上限値及び下限値である。   Also, when testing each solution using altitude information, specifically, assuming that the altitude obtained using the wide lane is Z (w), if the equation (29) or (30) is satisfied, the solution is If it is discarded and Equation (29) and Equation (30) are not satisfied, it is left as a true solution candidate. In Expressions (29) and (30), Zmax and Zmin are, for example, an upper limit value and a lower limit value that specify the height position range.

Figure 2010071686
Figure 2010071686

次に、解を算出する算出方法として、LAMBDA法を用いた場合の処理について説明する。前提条件として、可視衛星がG1〜G4の4個で、4個の衛星G1〜G4で観測した結果得られる観測方程式が3個、未知数が測位対象の位置(x、y、z)と整数アンビギュイティN1、N2、N3の合計6個であるとする。   Next, processing when the LAMBDA method is used as a calculation method for calculating a solution will be described. As preconditions, there are four visible satellites G1 to G4, three observation equations obtained as a result of observation with the four satellites G1 to G4, the unknown number is the position to be measured (x, y, z) and the integer ambi It is assumed that there are a total of six Guits N1, N2, and N3.

まず、DGPS(擬似距離を用いる方法)で決定した解、あるいは、RTK−GPSにより、前回測位位置と速度ベクトルとにより求めた解などのいずれかの方法で測位対象100の初期位置(x0、y0、z0)を求める。   First, the initial position (x0, y0) of the positioning object 100 is determined by any method such as a solution determined by DGPS (a method using a pseudorange) or a solution obtained from a previous positioning position and velocity vector by RTK-GPS. , Z0).

次に、整数アンビギュイティN1、N2、N3は、整数であるが、その制約を外して実数解を認めることとして、初期位置(x0、y0、z0)を固定すれば、3つの観測方程式から実数としてのN1r、N2r、N3rを求めることができる。これらをフロート解と称する。   Next, the integer ambiguities N1, N2, and N3 are integers, but if the initial position (x0, y0, z0) is fixed by removing the constraint and accepting the real solution, the three observation equations N1r, N2r, and N3r as real numbers can be obtained. These are called float solutions.

次に、N1r、N2r、N3rの周辺から、真の整数解N1、N2、N3(フィックス解)を探す。このために、重み付け行列Wnを定義し、整数最小2乗問題として与えられ、式(31)で表わされるコスト関数C(N)を最小にすることを考える。ここで、Nは式(32)で表すことができ、Nrは式(33)で表すことができる。   Next, true integer solutions N1, N2, and N3 (fixed solutions) are searched from around N1r, N2r, and N3r. For this purpose, it is assumed that a weighting matrix Wn is defined and given as an integer least square problem and the cost function C (N) represented by the equation (31) is minimized. Here, N can be represented by Expression (32), and Nr can be represented by Expression (33).

Figure 2010071686
Figure 2010071686

また、行列Wnの各要素は、測定値の標準偏差が大きいほど小さい値に設定する。このようにして求めたNr、Wnにおいて、コスト関数C(N)を最小にするN(整数値のアンビギュイティ)を求める。なお、整数値のアンビギュイティNを求める具体的な方法は、例えば、「精説GPS 基本概念・測位原理・信号と受信機」日本航海学界GPS研究会訳の非特許文献を参照することができる。   Further, each element of the matrix Wn is set to a smaller value as the standard deviation of the measured value is larger. In Nr and Wn thus determined, N (an integer ambiguity) that minimizes the cost function C (N) is determined. For a specific method for obtaining the ambiguity N of an integer value, for example, refer to a non-patent document translated from the Japan Voyage Society GPS Study Group, “Sophisticated GPS Basic Concept / Positioning Principle / Signal and Receiver”. it can.

この場合、行列Wnの要素が小さいほど、すなわち、標準偏差σnが大きいほど、(N1r、N2r、N3r)から遠い値(N1、N2、N3)でコスト関数c(N)が最小になる可能性が高くなる。すなわち、行列Wnの各要素を、測定値の標準偏差が大きいほど小さい値に設定することで、実質的に解の探索範囲を調整することが可能である。例えば、「The LAMBDA method for integer ambiguity estimation : implementation aspects」Paul de Jonge and Christian Tiberius、 August 1996の非特許文献を参照することができる。   In this case, as the element of the matrix Wn is smaller, that is, as the standard deviation σn is larger, the cost function c (N) may be minimized at a value (N1, N2, N3) far from (N1r, N2r, N3r). Becomes higher. That is, the solution search range can be substantially adjusted by setting each element of the matrix Wn to a smaller value as the standard deviation of the measured value is larger. For example, “The LAMBDA method for integer ambiguity estimation: implementation aspects”, Paul de Jonge and Christian Tiberius, August 1996, can be referred to.

なお、LAMBDA法においては、主衛星と従衛星との区別は不要であり、また、Hatch法で使用した式(24)、式(25)、式(27)、式(28)などは不要である。   In the LAMBDA method, it is not necessary to distinguish between the primary satellite and the secondary satellite, and the formula (24), formula (25), formula (27), formula (28), etc. used in the hatch method are not necessary. is there.

次に本発明を適用して行った実験結果について説明する。図17は本発明による測位結果の一例を示す説明図である。図17は、過去の測位位置及びドップラーシフトにより求めた位置により解の探索範囲を決定する本発明による方法と、従来法とを比較している。図17に示すように、時刻T1…T7において、それぞれFIX解(アンビギュイティ)を求めたものである。なお、時刻T1…T7において、可視衛星数は5、5、4、4、3、2、4である。   Next, experimental results performed by applying the present invention will be described. FIG. 17 is an explanatory diagram showing an example of a positioning result according to the present invention. FIG. 17 compares the method according to the present invention for determining the solution search range based on the past positioning position and the position obtained by the Doppler shift, and the conventional method. As shown in FIG. 17, FIX solutions (ambiguities) are obtained at times T1 to T7. At times T1 to T7, the number of visible satellites is 5, 5, 4, 4, 3, 2, 4.

図17の結果から分かるように、時刻T1、T2においては、本発明による方法のみならず従来法でもアンビギュイティを決定(解をFIX)することができている。しかし、時刻T3、T4では、従来法では、擬似距離により求めた解の探索中心の誤差が大きいため、解をFIXすることができていないのに対し、本発明による方法では、正しく解をFIXすることができている。また、時刻T5で可視衛星数が3に減り、時刻T7で可視衛星数が4になった際、本発明による方法によれば、時刻T4における位置と、ドップラーシフトにより求めた時刻T4からT7までにおける速度ベクトルを利用することにより、時刻T7においても正しく解をFIXすることができている。   As can be seen from the results of FIG. 17, at times T1 and T2, the ambiguity can be determined (the solution is FIX) not only by the method according to the present invention but also by the conventional method. However, at times T3 and T4, the error in the search center of the solution obtained by the pseudorange is large in the conventional method, so that the solution cannot be FIXed, whereas in the method according to the present invention, the solution is correctly corrected. Have been able to. When the number of visible satellites is reduced to 3 at time T5 and the number of visible satellites is 4 at time T7, according to the method of the present invention, the position at time T4 and the times T4 to T7 obtained by Doppler shift are used. By using the velocity vector at, the solution can be correctly FIXed even at time T7.

図18は本発明による測位結果の他の例を示す説明図である。図18に示すように、速度ベクトルを用いた本発明にあっては、平均可視衛星数が5.3の場合、1エポックで解を決定することができた率は80.9%であり、平均可視衛星数が6.7の場合、1エポックで解を決定することができた率は88.4%であり、いずれの場合も従来法に比べて、1エポックで解を決定できた率は大幅に改善していることが分かる。   FIG. 18 is an explanatory view showing another example of the positioning result according to the present invention. As shown in FIG. 18, in the present invention using a velocity vector, when the average number of visible satellites is 5.3, the rate at which a solution can be determined in one epoch is 80.9%. When the average number of visible satellites is 6.7, the rate at which a solution can be determined by one epoch is 88.4%. In each case, the rate at which a solution can be determined by one epoch compared to the conventional method. It can be seen that there is a significant improvement.

以上説明したように、本発明によれば、過去の測位位置と速度ベクトルとから解の探索範囲を制限した上でアンビギュイティを決定するので、従来の方法に比べてアンビギュイティの算出を高速化し、特に1回の測定(1エポック)で解を算出する可能性を向上させる。これにより、都市部などにおけるRTK−GPSの測位が可能な時間を大幅に増加させることができる。   As described above, according to the present invention, since the ambiguity is determined after limiting the search range of the solution from the past positioning position and the velocity vector, the ambiguity is calculated as compared with the conventional method. Speed up, especially improve the possibility of calculating the solution in one measurement (one epoch). Thereby, the time which can perform RTK-GPS positioning in an urban area etc. can be increased significantly.

上述の実施の形態においては、衛星からの信号(搬送波)の遮蔽が頻繁に発生する都市部等であっても位置を正確に求めるようにするために、1回の測定(1エポック)で解を決定すべく、信頼性の高い前回の測位位置と、該測位位置からの速度ベクトルを用いて解の探索範囲を制限する構成であるが、仮に衛星からの信号を1回のみならず連続的に受信できる場合には、これらの時系列データを用いた通常の方法でRTK−GPSの解を求めることもでき、速度ベクトルを用いる方法と通常の方法とを適宜組み合わせることもできる。   In the above-described embodiment, in order to obtain the position accurately even in urban areas where shielding of signals (carrier waves) from satellites frequently occurs, the solution is performed by one measurement (one epoch). The search range of the solution is limited by using a reliable previous positioning position and a velocity vector from the positioning position. However, the signal from the satellite is not limited to once but continuously. Can be obtained by an ordinary method using these time-series data, and a method using a velocity vector and an ordinary method can be appropriately combined.

開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The disclosed embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明に係る測位装置を用いた測位方法の一例の概要を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline | summary of an example of the positioning method using the positioning apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る測位装置を含む測位対象の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the positioning object containing the positioning apparatus which concerns on this invention. 道路形状情報の概要の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the outline | summary of road shape information. 道路形状情報の概要の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the outline | summary of road shape information. 道路形状情報のデータ構造の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the data structure of road shape information. 測位装置の測位処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the positioning process of a positioning apparatus. DGPSによる測位の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the positioning by DGPS. 道路形状情報を用いて解の探索範囲を制限する例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the example which restrict | limits the search range of a solution using road shape information. ドップラーシフトを用いて速度ベクトルを算出する例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example which calculates a velocity vector using a Doppler shift. 解の探索範囲を決定する方法の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the method of determining the search range of a solution. 解の探索範囲を限定する様子を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically a mode that the search range of a solution is limited. 測位装置のHatch法による測位処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the positioning process by the Hatch method of a positioning apparatus. 測位装置のHatch法による測位処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the positioning process by the Hatch method of a positioning apparatus. 測位装置のHatch法による測位処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the positioning process by the Hatch method of a positioning apparatus. 測位装置のHatch法による測位処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the positioning process by the Hatch method of a positioning apparatus. アンビギュイティの初期値の信頼度の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the reliability of the initial value of ambiguity. 本発明による測位結果の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the positioning result by this invention. 本発明による測位結果の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the positioning result by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 測位装置
11 処理部
12 衛星用通信部
121 コード位相測定部
122 搬送波位相測定部
123 搬送波周波数測定部
13 通信部
14 記憶部
15 地図データベース
20 自律センサ部
201 車輪速センサ
202 ジャイロセンサ
100 測位対象
300 基準局
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Positioning device 11 Processing unit 12 Satellite communication unit 121 Code phase measurement unit 122 Carrier phase measurement unit 123 Carrier frequency measurement unit 13 Communication unit 14 Storage unit 15 Map database 20 Autonomous sensor unit 201 Wheel speed sensor 202 Gyro sensor 100 Positioning target 300 Base station

Claims (8)

複数の測位用衛星が送信した各搬送波を受信する受信部を備え、該受信部で受信した各搬送波の位相に基づいて測位を行う測位装置において、
測位前の自身の位置を取得する位置取得手段と、
該位置取得手段で取得した位置からの速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出手段と、
前記位置取得手段で取得した位置及び前記速度ベクトル算出手段で算出した速度ベクトルを用いて、位相に含まれるアンビギュイティを決定するアンビギュイティ決定手段と、
該アンビギュイティ決定手段で決定したアンビギュイティに基づいて自身の位置を測位する測位手段と
を備えることを特徴とする測位装置。
In a positioning device that includes a receiving unit that receives each carrier wave transmitted by a plurality of positioning satellites and performs positioning based on the phase of each carrier wave received by the receiving unit,
Position acquisition means for acquiring its own position before positioning;
Speed vector calculation means for calculating a speed vector from the position acquired by the position acquisition means;
Ambiguity determining means for determining the ambiguity included in the phase using the position acquired by the position acquiring means and the velocity vector calculated by the velocity vector calculating means;
A positioning device comprising: positioning means for positioning its own position based on the ambiguity determined by the ambiguity determining means.
前記速度ベクトル算出手段は、
前記受信部で受信した各搬送波のドップラーシフトに基づいて速度ベクトルを算出するように構成してあることを特徴とする請求項1に記載の測位装置。
The velocity vector calculating means includes
The positioning device according to claim 1, wherein a velocity vector is calculated based on a Doppler shift of each carrier wave received by the receiving unit.
速度に関する情報を取得する速度情報取得手段と、
旋回角度を取得する角度取得手段と
を備え、
前記速度ベクトル算出手段は、
前記速度情報取得手段で取得した速度及び前記角度取得手段で取得した旋回角度に基づいて速度ベクトルを算出するように構成してあることを特徴とする請求項1に記載の測位装置。
Speed information acquisition means for acquiring information about speed;
An angle acquisition means for acquiring a turning angle;
The velocity vector calculating means includes
The positioning device according to claim 1, wherein a speed vector is calculated based on the speed acquired by the speed information acquiring unit and the turning angle acquired by the angle acquiring unit.
前記位置取得手段で取得した位置の信頼性を判定する位置信頼性判定手段を備え、
前記アンビギュイティ決定手段は、
前記位置信頼性判定手段での判定結果に応じて、アンビギュイティを決定するように構成してあることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載の測位装置。
A position reliability determination means for determining the reliability of the position acquired by the position acquisition means;
The ambiguity determining means is
The positioning device according to any one of claims 1 to 3, wherein ambiguity is determined in accordance with a determination result of the position reliability determination means.
各搬送波の位相に含まれるアンビギュイティの初期値を算出する初期値算出手段と、
該初期値算出手段で算出した初期値の信頼度を判定する初期値信頼度判定手段と、
該初期値信頼度判定手段で判定した信頼度に応じて、前記位相に含まれるアンビギュイティの探索範囲の大きさを設定する探索範囲設定手段と
を備え、
前記アンビギュイティ決定手段は、
前記探索範囲設定手段で設定した探索範囲に基づいて、アンビギュイティを決定するように構成してあることを特徴とする請求項1に記載の測位装置。
An initial value calculating means for calculating an initial value of ambiguity included in the phase of each carrier;
Initial value reliability determination means for determining the reliability of the initial value calculated by the initial value calculation means;
Search range setting means for setting the size of the search range of the ambiguity included in the phase according to the reliability determined by the initial value reliability determination means,
The ambiguity determining means is
The positioning device according to claim 1, wherein ambiguity is determined based on the search range set by the search range setting means.
前記探索範囲設定手段は、
測位前の自身の位置が測位された時点からの時間経過に応じて、探索範囲の大きさを設定するように構成してあることを特徴とする請求項5に記載の測位装置。
The search range setting means includes
6. The positioning device according to claim 5, wherein the size of the search range is set according to the passage of time from the time when the position before positioning is positioned.
コンピュータを、複数の測位用衛星が送信した各搬送波の位相に含まれるアンビギュイティを決定するための手段として機能させるためのコンピュータプログラムにおいて、
コンピュータを、
測位前の自身の位置からの速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出手段と、
前記自身の位置及び算出した速度ベクトルを用いて、位相に含まれるアンビギュイティを決定するアンビギュイティ決定手段と
して機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
In a computer program for causing a computer to function as a means for determining an ambiguity included in the phase of each carrier wave transmitted by a plurality of positioning satellites,
Computer
Speed vector calculation means for calculating a speed vector from its own position before positioning;
A computer program that functions as ambiguity determining means for determining an ambiguity included in a phase using the position and the calculated velocity vector.
複数の測位用衛星が送信した各搬送波を受信する受信部を備え、該受信部で受信した各搬送波の位相に基づいて測位を行う測位装置による測位方法において、
測位前の自身の位置を取得し、
取得した位置からの速度ベクトルを算出し、
取得した位置及び算出した速度ベクトルを用いて、位相に含まれるアンビギュイティを決定し、
決定したアンビギュイティに基づいて自身の位置を測位することを特徴とする測位方法。
In a positioning method by a positioning device that includes a receiving unit that receives each carrier transmitted by a plurality of positioning satellites, and performs positioning based on the phase of each carrier received by the receiving unit,
Get your own position before positioning,
Calculate the velocity vector from the acquired position,
Using the acquired position and the calculated velocity vector, determine the ambiguity included in the phase,
A positioning method characterized by positioning its own position based on the determined ambiguity.
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