JP2010085246A - Gps device and positioning method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、GPS装置およびその測位方法に関するものである。本発明に係るGPS装置は、GPSの測位情報を向上させるGPS機能付端末装置に関するものであり、歩行者が携帯したり、移動体に搭載されたりする。また、本発明に係るGPS測位方法は、GPSシステムから得られる測位情報を補正して精度を向上させて位置情報を得る方法に関するものである。 The present invention relates to a GPS device and a positioning method thereof. The GPS device according to the present invention relates to a terminal device with a GPS function that improves GPS positioning information, and is carried by a pedestrian or mounted on a moving body. The GPS positioning method according to the present invention relates to a method for obtaining position information by correcting positioning information obtained from a GPS system to improve accuracy.
GPS(Global Positioning System)は、地球上で測位装置を搭載した機器やこの機器を所有するユーザの現在位置を調べるための人工衛星による測位システムである。人工衛星は、GPS信号の発射時刻や衛星の軌道を含む情報を搭載機器に向けて送信する。GPS装置を搭載する機器の受信機は、人工衛星から発射されたGPS信号を受信する。GPS装置は、受信したGPS信号の受信時刻と人工衛星から発射されたGPS信号の発射時刻と光の速度を基に人工衛星とこの受信機の間の距離を算出する。また、GPS装置は、衛星の軌道情報から衛星の位置を算出する。 GPS (Global Positioning System) is a positioning system using an artificial satellite for checking the current position of a device equipped with a positioning device on the earth or a user who owns this device. The artificial satellite transmits information including the GPS signal emission time and the orbit of the satellite to the onboard equipment. A receiver of a device equipped with a GPS device receives a GPS signal emitted from an artificial satellite. The GPS device calculates the distance between the artificial satellite and the receiver based on the reception time of the received GPS signal, the emission time of the GPS signal emitted from the artificial satellite, and the speed of light. The GPS device calculates the position of the satellite from the satellite orbit information.
人工衛星との距離および人工衛星の位置を用いて、GPS装置は、主に、三辺測量の原理から受信機の位置を算出する。位置の算出において、いくつかの変数を定義する。現在位置である測位点は3次元の座標(x,y,z)で表わす。また、人工衛星を衛星番号iとし、人工衛星の位置を(xi,yi,zi)とする。受信機が観測する人工衛星との距離は誤差を含むため、人工衛星iの擬似距離はriとして表現する。擬似距離riは誤差を含むため、受信機と人工衛星の距離のパラメータとして擬似距離riを用いると、測位点は求まらない。そこで、受信機のクロックバイアスを定数bに設定することにより、式(1) Using the distance from the artificial satellite and the position of the artificial satellite, the GPS apparatus calculates the position of the receiver mainly from the principle of triangulation. Several variables are defined in calculating the position. The positioning point that is the current position is represented by three-dimensional coordinates (x, y, z). The artificial satellite is assumed to be satellite number i, and the position of the artificial satellite is assumed to be (x i , y i , z i ). Since the distance from the satellite observed by the receiver includes an error, the pseudorange of the satellite i is expressed as r i . Since the pseudorange r i includes an error, if the pseudorange r i is used as a parameter of the distance between the receiver and the artificial satellite, a positioning point cannot be obtained. Therefore, by setting the clock bias of the receiver to a constant b, equation (1)
この場合、式(1)における測位点(x,y,z)および受信機クロックバイアスbが変数となることから、各人工衛星による式(1)は最低4つ、すなわち人工衛星が4つ以上必要になることが知られている。式(1)において、現在位置である測位点(x,y,z)は、衛星番号i=1, 2, 3, 4とした4つの方程式を連立させて、求められる。 In this case, since the positioning point (x, y, z) and receiver clock bias b in equation (1) are variables, equation (1) for each satellite is at least four, that is, four or more satellites. It is known that it will be necessary. In equation (1), the positioning point (x, y, z), which is the current position, is obtained by combining four equations with satellite numbers i = 1, 2, 3, and 4.
このような具体例として、特許文献1がある。特許文献1は移動局位置管理システムであり、GPS衛星の測位信号が変動しても常に正確な移動局の移動位置を標定することを目的としている。移動局位置管理システムは、基地局の正確な位置が既知であり、この基地局における自己の位置を標定し、標定した自己の位置とあらかじめ定められた自己の位置とを比較して、GPSによる位置誤差を推定算出し、推定算出した位置誤差とその算出時刻を記憶し、移動局から受信した標定時刻に最も近い算出時刻における位置誤差を移動局のGPSに適用して、移動局の測位を補正している。
しかしながら、GPSの測位には、送信信号に含まれるエフェメリシス・データを基に得られる予測値、すなわちエフェメリシス予測値、人工衛星の時計モデルに起因する誤差、電離層遅延、対流圏遅延、受信機の雑音およびマルチパス等という複数の誤差要因があることから、三辺の原埋を適用して測位点を算出しても、測位情報には誤差が生じてしまう。 However, for GPS positioning, the predicted value obtained from the ephemesis data included in the transmitted signal, that is, the predicted value of ephemesis, error due to the satellite clock model, ionospheric delay, tropospheric delay, receiver noise and Since there are a plurality of error factors such as multipath, even if the positioning point is calculated by applying the three sides of the original embedding, an error occurs in the positioning information.
ここで、DGPS(Differential GPS)の原理について簡単に記述する。DGPSでは、上述したGPSの4つの誤差要因、すなわちエフェメリシス予測値、人工衛星の時計モデルに起因する誤差、電離層遅延および対流圏遅延の影響は、数十kmないし数百km以内の近距離の場合、ほぼ同じであることが知られ、時間とともにかなりゆっくり変化するという事実を利用している。 Here, the principle of DGPS (Differential GPS) is briefly described. In DGPS, the effects of the above four error factors of GPS, namely the ephemesis prediction value, the error caused by the satellite clock model, the ionospheric delay and the tropospheric delay, are in the short range of several tens to several hundred km. It takes advantage of the fact that it is known to be about the same and changes fairly slowly over time.
この特性を利用し、経緯度の分かっている既知点であるDGPS基準局は擬似距離に含まれる誤差量を算出し、DGPS信号としてこれをGPS受信機に送信する。GPS受信機は式(1)において、DGPS信号から取得した擬似距離に含まれる誤差量を差し引いて算出することにより、測位点を高精度に算出できる。 Using this characteristic, the DGPS reference station, which is a known point with a known longitude and latitude, calculates the error amount included in the pseudorange, and transmits this as a DGPS signal to the GPS receiver. The GPS receiver can calculate the positioning point with high accuracy by subtracting the error amount included in the pseudorange acquired from the DGPS signal in Equation (1).
このようにDGPSは、GPS受信機における4つの誤差要因による擬似距離に含まれる誤差を送信することでこれらに起因する誤差要因を解消し、高精度に測位している。 In this way, DGPS eliminates the error factors caused by these by transmitting errors included in the pseudo-range due to the four error factors in the GPS receiver, and performs positioning with high accuracy.
しかしながら、この解消には、新たなインフラとしてDGPS信号を送信するDGPS基準局や受信機にDGPS信号を受信する機構が測位システムに要求される。 However, in order to solve this problem, a positioning system is required for a DGPS reference station that transmits DGPS signals and a mechanism for receiving DGPS signals in a receiver as a new infrastructure.
本発明はこのような課題に鑑み、インフラであるDGPS基準局やDGPS信号の受信機構を受信機に搭載していなくても、誤差要因の解消を実現させることができるGPS装置およびその測位方法を提供することを目的とする。 In view of these problems, the present invention provides a GPS device and a positioning method thereof that can realize the elimination of error factors even if the receiver is not equipped with a DGPS reference station that is an infrastructure or a DGPS signal receiving mechanism. The purpose is to do.
本発明は上述の課題を解決するために、GPS(Global Positioning System)衛星からのGPS信号を基に得られる位置情報と、所定の時間あたりに進行方向およびこの所定の時間の移動距離とを取得して搭載される端末装置の測位位置を補正するGPS装置において、このGPS装置は、GPS衛星からのGPS信号を受信し、受信したGPS信号に含まれる情報を基に位置情報を取得して、所定の時間にわたって取得した位置情報を保持する受信処理手段と、所定の時間あたりに3次元における軸それぞれの方向成分を用いて、端末装置の移動距離を演算し、演算した移動距離とGPS衛星から取得した位置情報とを用いて、擬似距離の誤差を解消して、GPS衛星の位置情報を補正する演算手段とを含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention acquires position information obtained based on GPS signals from GPS (Global Positioning System) satellites, a traveling direction per predetermined time, and a moving distance of the predetermined time. In the GPS device that corrects the positioning position of the terminal device that is mounted, this GPS device receives a GPS signal from a GPS satellite, acquires position information based on information contained in the received GPS signal, Using the reception processing means that holds the position information acquired over a predetermined time and the direction component of each of the three-dimensional axes per predetermined time, the movement distance of the terminal device is calculated, and the calculated movement distance and the GPS satellite are calculated. And calculating means for correcting the position information of the GPS satellite by eliminating the error of the pseudo distance using the acquired position information.
また、本発明は上述の課題を解決するために、GPS(Global Positioning System)衛星からのGPS信号を基に得られる位置情報を取得して、搭載される端末装置の測位位置を補正するGPS装置において、このGPS装置は、所定の時間あたりに端末装置の携帯者の加速度およびこの携帯者が進行する方位を取得し、情報処理するセンサ処理手段と、GPS衛星からのGPS信号を受信し、受信したGPS信号に含まれる情報を基に位置情報を取得して、所定の時間にわたって取得した位置情報を保持する受信処理手段と、取得した携帯者の加速度および方位から前記所定の時間あたりに3次元における軸それぞれの方向成分を用いて、端末装置の移動距離を演算し、演算した移動距離とGPS衛星から取得した位置情報とを用いて、擬似距離の誤差を解消して、GPS衛星の位置情報を補正する演算手段とを含むことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention acquires a position information obtained based on a GPS signal from a GPS (Global Positioning System) satellite and corrects a positioning position of an installed terminal device. In this, the GPS device receives the acceleration of the user of the terminal device and the azimuth in which the user travels at a predetermined time, and receives and receives the GPS signal from the GPS satellite and the sensor processing means for information processing. Receiving processing means for acquiring position information based on the information included in the GPS signal and retaining the position information acquired over a predetermined time, and three-dimensional per predetermined time from the acquired acceleration and direction of the user Calculate the distance traveled by the terminal device using the direction component of each axis in the, and use the calculated distance traveled and the position information acquired from the GPS satellite to eliminate the pseudorange error and position the GPS satellite. And a calculating means for correcting.
さらに、本発明は上述の課題を解決するために、GPS(Global Positioning System)衛星からのGPS信号を基に得られる位置情報と、所定の時間あたりに進行方向およびこの所定の時間の移動距離とを取得して搭載される端末装置の測位位置を補正するGPS測位方法において、この方法は、GPS衛星からのGPS信号を受信し、受信したGPS信号に含まれる情報を基に位置情報を取得して、所定の時間にわたって取得した位置情報を保持する第1の工程と、所定の時間あたりに3次元における軸それぞれの方向成分を用いて、端末装置の移動距離を演算し、演算した移動距離とGPS衛星から取得した位置情報とを用いて、擬似距離の誤差を解消して、GPS衛星の位置情報を補正する第2の工程とを含むことを特徴とする。 Further, in order to solve the above-described problems, the present invention provides position information obtained based on GPS signals from GPS (Global Positioning System) satellites, a traveling direction per predetermined time, and a moving distance of the predetermined time. In the GPS positioning method that corrects the positioning position of the terminal device installed by acquiring the GPS signal, this method receives the GPS signal from the GPS satellite and acquires the position information based on the information contained in the received GPS signal. The first step of holding the position information acquired over a predetermined time, and using the direction component of each axis in three dimensions per predetermined time, the movement distance of the terminal device is calculated, And a second step of correcting the position information of the GPS satellite by eliminating the error of the pseudo distance using the position information acquired from the GPS satellite.
そして、本発明は上述の課題を解決するために、GPS(Global Positioning System)衛星からのGPS信号を基に得られる位置情報を取得して、搭載される端末装置の測位位置を補正するGPS測位方法において、この方法は、所定の時間あたりに端末装置の携帯者の加速度およびこの携帯者が進行する方位を取得し、情報処理する第1の工程と、GPS衛星からのGPS信号を受信し、受信したGPS信号に含まれる情報を基に位置情報を取得して、所定の時間にわたって取得した位置情報を保持する第2の工程と、取得した携帯者の加速度および方位から所定の時間あたりに3次元における軸それぞれの方向成分を用いて、端末装置の移動距離を演算し、演算した移動距離とGPS衛星から取得した位置情報とを用いて、擬似距離の誤差を解消して、GPS衛星の位置情報を補正する第3の工程とを含むことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention acquires position information obtained based on GPS signals from GPS (Global Positioning System) satellites, and corrects the positioning position of the terminal device to be mounted. In the method, the method obtains the acceleration of the user of the terminal device and the direction in which the user travels per predetermined time, receives the GPS signal from the GPS satellite, A second step of acquiring position information based on the information included in the received GPS signal and retaining the acquired position information over a predetermined time, and 3 per predetermined time from the acquired acceleration and direction of the user Calculate the moving distance of the terminal device using the direction component of each axis in the dimension, eliminate the pseudo distance error using the calculated moving distance and the position information acquired from the GPS satellite, and the position of the GPS satellite Correct information And a third step.
本発明に係るGPS装置およびその測位方法によれば、GPS(Global Positioning System)衛星からのGPS信号を基に得られる位置情報と、所定の時間あたりに進行方向およびこの所定の時間の移動距離とを取得して搭載される端末装置の測位位置を補正するGPS装置において、このGPS装置は、受信処理手段でGPS衛星からのGPS信号を受信し、受信したGPS信号に含まれる情報を基に位置情報を取得して、所定の時間にわたって取得した位置情報を保持し、演算手段で所定の時間あたりに3次元における軸それぞれの方向成分を用いて、端末装置の移動距離を演算し、演算した移動距離とGPS衛星から取得した位置情報とを用いて、擬似距離の誤差を解消して、GPS衛星の位置情報を補正することにより、外部からの補正データを送信する、たとえばDGPS基準局やDGPS信号の受信機構を受信機に搭載していなくても、すなわち補正データの受信が不要であっても、高精度なGPSの位置情報を得ることができる。また、DGPS基準局を不要にすることから、設備投資を大幅に軽減することができる。 According to the GPS device and the positioning method thereof according to the present invention, the position information obtained based on GPS signals from GPS (Global Positioning System) satellites, the traveling direction per predetermined time, and the moving distance of this predetermined time In the GPS device that corrects the positioning position of the terminal device mounted by acquiring the GPS signal, the GPS device receives the GPS signal from the GPS satellite by the reception processing means, and the position is based on the information contained in the received GPS signal. The information is acquired, the position information acquired over a predetermined time is held, the calculation means calculates the movement distance of the terminal device using the direction component of each axis in three dimensions per predetermined time, and the calculated movement By using the distance and the position information acquired from the GPS satellite, the error of the pseudo distance is eliminated and the position information of the GPS satellite is corrected to transmit correction data from the outside, for example, DGPS reference station or DGPS signal Even if not equipped with a receiving mechanism in the receiver, i.e. even unnecessary reception of correction data, it is possible to obtain position information with high accuracy GPS. Moreover, since the DGPS reference station is not required, capital investment can be greatly reduced.
また、本発明に係るGPS装置およびその測位方法によれば、GPS(Global Positioning System)衛星からのGPS信号を基に得られる位置情報を取得して、搭載される端末装置の測位位置を補正するGPS装置において、このGPS装置は、センサ処理手段で所定の時間あたりに端末装置の携帯者の加速度およびこの携帯者が進行する方位を取得し、情報処理し、受信処理手段でGPS衛星からのGPS信号を受信し、受信したGPS信号に含まれる情報を基に位置情報を取得して、所定の時間にわたって取得した位置情報を保持し、演算手段で取得した携帯者の加速度および方位から所定の時間あたりに3次元における軸それぞれの方向成分を用いて、端末装置の移動距離を演算し、演算した移動距離とGPS衛星から取得した位置情報とを用いて、擬似距離の誤差を解消して、GPS衛星の位置情報を補正することにより、外部からの補正データを送信する、たとえばDGPS基準局やDGPS信号の受信機構を受信機に搭載していなくても、すなわち補正データの受信が不要であっても、高精度なGPSの位置情報を得ることができる。また、DGPS基準局を不要にすることから、設備投資を大幅に軽減することができる。 Further, according to the GPS device and the positioning method thereof according to the present invention, the position information obtained based on the GPS signal from the GPS (Global Positioning System) satellite is acquired, and the positioning position of the mounted terminal device is corrected. In the GPS device, this GPS device obtains the acceleration of the carrier of the terminal device and the direction in which the carrier travels per predetermined time by the sensor processing means, processes the information, and receives the GPS from the GPS satellite by the reception processing means. The signal is received, the position information is acquired based on the information included in the received GPS signal, the position information acquired over a predetermined time is retained, and the predetermined time is determined from the acceleration and direction of the carrier acquired by the calculation means By using the direction component of each axis in three dimensions, the movement distance of the terminal device is calculated, and using the calculated movement distance and the position information acquired from the GPS satellite, the error of the pseudo distance is eliminated, and the GPS Defense By transmitting the correction data from the outside by correcting the position information of the stars, for example, even if the receiver does not have a DGPS reference station or DGPS signal reception mechanism, that is, it is not necessary to receive correction data Highly accurate GPS location information can be obtained. Moreover, since the DGPS reference station is not required, capital investment can be greatly reduced.
次に添付図面を参照して本発明によるGPS装置の一実施例を詳細に説明する。図1を参照すると、本発明によるGPS装置の実施例は、GPSモジュール10に適用した場合であり、GPSモジュール10は、GPS(Global Positioning System)衛星からのGPS信号を基に得られる位置情報を取得して、搭載される端末装置の測位位置を補正するGPS装置である。このGPSモジュール10置は、センサ処理部12で所定の時間あたりに端末装置の携帯者の加速度およびこの携帯者が進行する方位を取得し、情報処理し、受信処理部16でGPS衛星からのGPS信号48を受信し、受信したGPS信号48に含まれる情報を基に位置情報を取得して、所定の時間にわたって取得した位置情報を保持し、演算部14で取得した携帯者の加速度28および方位30から所定の時間あたりに3次元における軸それぞれの方向成分を用いて、端末装置の移動距離を演算し、演算した移動距離とGPS衛星から取得した位置情報とを用いて、擬似距離の誤差を解消して、GPS衛星の位置情報を補正することにより、外部からの補正データを送信する、たとえばDGPS基準局やDGPS信号の受信機構を受信機に搭載していなくても、すなわち補正データの受信が不要であっても、高精度なGPSの位置情報を得ることができる。また、DGPS基準局を不要にすることから、設備投資を大幅に軽減することができる。
Next, an embodiment of a GPS device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Referring to FIG. 1, the embodiment of the GPS device according to the present invention is applied to a
本発明と直接関係のない部分について図示および説明を省略する。以下の説明で、信号はその現れる接続線の参照番号で指示する。 The illustration and description of parts not directly related to the present invention are omitted. In the following description, the signal is indicated by the reference number of the connecting line in which it appears.
GPSモジュール10は、図1に示すように、センサ処理部12、演算部14、受信処理部16および出力インタフェース18を含む。とくに、本実施例において、歩行者が携帯するような、図示しない携帯端末装置の内部に高精度な測位の演算機構としてGPSモジュール10が配されている。GPSモジュール10は、測位点データを、出力インタフェース18を介して携帯端末装置と接続されている。
The
センサ処理部12は、携帯端末装置を携帯する歩行者の加速度と方位を測定する機能を有する。センサ処理部12は、端末センサ部20および情報処理部22を含む。端末センサ部20は、さらに、加速度センサ24および電子コンパス26を含む。
The
加速度センサ24は、歩行者の移動にともなって生じる物理量である加速度を測定する機能を有する。加速度センサ24は、求めた加速度データ28を情報処理部22に出力する。また、電子コンパス26は、歩行者の移動する方向を示す方位を測定する機能を有する。電子コンパス26は、測定した方位データ30を情報処理部22に出力する。
The
なお、端末センサ部20は、加速度センサ24や電子コンパス26に限定されるものでなく、加速度と方位が求まれば、加速度センサや電子コンパス以外を用いる方法でもよい。また、GPSモジュール10は、携帯者が有する端末装置の位置の算出において、GPS衛星からのGPS信号を基に得られる位置情報と、所定の時間あたりに進行方向およびこの所定の時間における移動距離を取得できる場合、センサ処理部12を配設しなくてもよい。
Note that the
情報処理部22は、取得したデータによりエポックあたりの端末携帯者の進行方向と移動距離を算出する機能を有する。エポックとは、単位測位時間のことであり、本実施例でこの単位測位時間は1秒に設定する。情報処理部22は、演算部14からデータ送信命令32を受信すると、供給される加速度データ28および方位データ30を基にエポックあたりの端末携帯者の進行方向と移動距離を算出し、算出したエポックあたりの端末携帯者の進行方向と移動距離を、センサデータ34として演算部14に出力する。
The
なお、情報処理部22は、端末携帯者の進行方向と移動距離が算出可能な方法であれば、本実施例に限らず、別の方法で求めてもよい。
Note that the
演算部14は、新たに提案する原理を基に高精度な位置情報を算出する機能を有する。演算部14は、図2に示すように、任意のエポックでの3次元における軸それぞれの方向成分を用いて、端末装置の移動距離を算出する距離算出機能部14aと、観測した誤差を含む擬似距離から、一つ前のエポックでの観測した誤差を含む擬似距離の減算を、真の距離から、一つ前のエポックにおける真の距離の減算に等しいと近似して、演算する近似演算機能部14bと、算出した移動距離、GPS衛星から取得した位置情報および受信にともなう真のクロックバイアスを用いて、擬似距離の誤差を解消して、GPS衛星における真の位置情報を算出する真値算出機能部14cとを含む。演算部14が、GPS衛星から取得したパラメータを適宜用いて演算していることは言うまでもない。
The
簡単に記述すると、演算部14は、一つ前のエポック(τ-1)における真の測位点に端末携帯者の移動距離を加えて表わされるエポック(τ)における真の測位点、エポック(τ)における真の測位点から一つ前のエポック(τ-1)における真の測位点に端末携帯者の移動距離を引いて表わされる一つ前のエポック(τ-1)における真の測位点の算出および一つ前のエポック(τ-1)における真の測位点を算出する。
Briefly, the
そして、演算部14は、任意のエポックでの3次元における軸それぞれの方向成分を用いて、端末装置の移動距離も算出する。演算部14は、とくに、近似距離における擬似距離の誤差に等しく、時間経過による誤差要因の変化が少ないことを利用したDGPSの原理と同様に任意のエポックと一つ前の任意のエポックの擬似距離に含まれる誤差が近似できることを適用する点に特徴がある。すなわち、エポック(τ)における誤差を含む擬似距離の観測値と一つ前のエポック(τ-1)における誤差を含む擬似距離の観測値の差が、エポック(τ)における擬似距離の観測値と一つ前のエポック(τ-1)における擬似距離の観測値の差に等しいと近似して、算出し、近似して得られたエポック間における擬似距離の差に、真値の算出に用いるクロックバイアスを加算し、未知数の数に応じてGPS衛星の受信データを基に、少なくとも、4つ以上の方程式を作成し、これらを連立させて解いている。これら新たに提案する原理については、後段で式を挙げて詳述する。
Then, the
図1に戻って、演算部14は、エポック毎に情報処理部22と受信処理部16のストレージ36にデータ送信命令32および38をそれぞれ、送信する。演算部14は、情報処理部22から供給されるセンサデータ34とストレージ36から送信された衛星位置と疑似距離を示すデータ40を受信する。演算部14は、センサデータ34およびデータ40すべてを受信後、高精度な位置データを算出し、算出した位置データ42を出力インタフェース18に出力する。
Returning to FIG. 1, the
受信処理部16は、人工衛星からのGPS信号を受信し、受信したGPS信号に含まれる情報を基に衛星位置と擬似距離をデータとして算出し、算出したデータを一時格納する機能を有する。この機能を実現するため、受信処理部16は、アンテナ44、GPS受信部46およびストレージ36を含む。
The
アンテナ44は、人工衛星からのGPS信号を受信し、電気信号に変換する機能を有する。アンテナ44は、到来するGPS信号48を受信し、受信信号をGPS信号50としてGPS受信部46に供給する。
The
GPS受信部46は、GPS信号をエポック毎に人工衛星の位置と擬似距離をGPSデータとして算出する機能を有する。GPS受信部46は、算出したGPSデータ52をストレージ36に供給する。ストレージ36は、GPSデータを保存する機能を有する。ストレージ36は、データ送信命令38を受けると、保存するGPSデータ40を演算部14に出力する。
The
出力インタフェース18は、供給される位置データを搭載される携帯端末装置に出力する機能を有する。出力インタフェース18は、位置データ42を位置データ54として出力する。
The
次に本発明に係るGPS装置を適用したGPSモジュール10の測位原理について図3を参照しながら、記述する。任意のエポックにおける衛星位置56 ((τ)xi, (τ)yi, (τ)zi)と受信機で観測した擬似距離58 (τ)riを用いて、式(1)により、誤差を含む測位点60 ((τ)x0,(τ)y0, (τ)z0)が算出される。
Next, the positioning principle of the
ここで、この測位原理に用いるパラメータそれぞれについて以下のように、定義する。すなわち、定数bは、GPS受信機のクロックバイアスである。添字iは、人工衛星の番号であり、変数τはエポックを示す。 Here, each parameter used for this positioning principle is defined as follows. That is, the constant b is a clock bias of the GPS receiver. The subscript i is the satellite number, and the variable τ indicates the epoch.
誤差を含まないエポック(τ)における真の測位点62 ((τ)x^0, (τ)y^0, (τ)z^0)は、誤差を含まない真の距離64 (τ)r^iを知ることができれば、式(1)により算出される。このとき、測位点が真値であるから、受信機クロックバイアスbはゼロになる。単位エポックにおける端末携帯者の移動距離ベクトル66 ((τ)xs, (τ)ys, (τ)zs)は、任意のエポックの一つ前のエポックから任意のエポックまでの端末携帯者の移動距離である。 The true positioning point 62 ( (τ) x ^ 0 , (τ) y ^ 0 , (τ) z ^ 0 ) in the error-free epoch (τ) is the true distance 64 (τ) r without error If ^ i can be known, it is calculated by equation (1). At this time, since the positioning point is a true value, the receiver clock bias b becomes zero. The movement vector 66 ( (τ) x s , (τ) y s , (τ) z s ) of the terminal carrier in the unit epoch is the terminal carrier from the previous epoch to any epoch. It is the movement distance.
また、任意のエポックの一つ前のエポックを変数τ-1で示す。したがって、このエポック(τ-1)における衛星位置68は、((τ-1)xi, (τ-1)yi, (τ-1)zi)である。また、エポック(τ-1)における受信機で観測した擬似距離70は、(τ-1)riである。エポック(τ-1)における誤差を含む測位点72は、((τ-1)x0, (τ-1)y0, (τ-1)z0)、エポック(τ-1)における誤差を含まない真の測位点74は、((τ-1)x^0, (τ-1)y^0, (τ-1)z^0)、エポック(τ-1)における誤差を含まない真の距離76は (τ-1)r^iに、それぞれ、設定する。
The epoch immediately before an arbitrary epoch is indicated by a variable τ-1. Therefore, the
本実施例におけるGPSモジュール10は、携帯者が有する端末装置の位置の算出において、GPS衛星からのGPS信号を基に得られる位置情報と、所定の時間あたりに進行方向およびこの所定の時間における移動距離を取得できる場合、最初の原理として、式(2)および式(3)
In the present embodiment, the
式(4)および式(5) Equation (4) and Equation (5)
また、任意のエポック(τ)における真の測位点62 ((τ)x^0, (τ)y^0, (τ)z^0)は、この一つ前のエポック(τ-1)における真の測位点74に、端末携帯者の移動距離ベクトル66を加えた関係にあるから、式(6)
In addition, the true positioning point 62 ( (τ) x ^ 0 , (τ) y ^ 0 , (τ) z ^ 0 ) at any epoch (τ) is at the previous epoch (τ-1). Since the relationship is obtained by adding the
式(6)を変形すると、式(7) When equation (6) is transformed, equation (7)
また、式(5)に式(7)の値を代入すると、式(8) If the value of equation (7) is substituted into equation (5), equation (8)
次に近似の適用について記述する。誤差を含む擬似距離の観測値58 (τ)riは、式(9) Next, the application of approximation is described. The observed pseudorange 58 (τ) r i including the error is given by Equation (9)
ここで、変数(τ)riは、エポックτにおける人工衛星iの擬似距離であり観測値である。また、変数(τ)Δriは、エポックτにおける人工衛星iの擬似距離に含まれる誤差である。さらに、(τ)r^iは、エポックτにおける人工衛星iの擬似距離の真値である。すなわち、式(9)が示すように、任意のエポックにおける擬似距離に含まれる誤差は、近距離における擬似距離の誤差が等しく、時間経過による誤差要因の変化が少ないことを利用したDGPSの原理と同様に、この一つ前のエポックの擬似距離に含まれる誤差とほぼ等しいとして近似している。これにより、近似式の右辺の関係が示される。
Here, the variable (τ) r i is a pseudorange of the artificial satellite i at the epoch τ and an observed value. The variable (τ) Δr i is an error included in the pseudorange of the artificial satellite i at the epoch τ. Furthermore, (τ) r ^ i is the true value of the pseudorange of the artificial satellite i at the epoch τ. In other words, as shown in Equation (9), the error included in the pseudorange at any epoch is equal to the error of the pseudorange at a short distance, and the principle of DGPS using the fact that the error factor changes little over time. Similarly, it is approximated as being substantially equal to the error included in the pseudo-distance of the previous epoch. Thereby, the relationship of the right side of the approximate expression is shown.
また、一つ前の任意のエポックにおける擬似距離の観測値70 (τ-1)riは、式(10) Moreover, the observed value 70 (τ-1) r i of the pseudorange at the previous arbitrary epoch is given by the equation (10)
さらに、式(9)から式(10)の両辺をそれぞれ減算すると、式(11) Furthermore, subtracting both sides of equation (10) from equation (9) yields equation (11)
式(11)の左辺と同様にエポック間における真の距離の差は、式(4)から式(8)を減算すると、式(12) Similar to the left side of equation (11), the true distance difference between epochs is calculated by subtracting equation (8) from equation (4).
ここで、式(11)の近似を用いて、式(12)における平方根の中の式を整理すると、式(13) Here, using the approximation of equation (11), if the equations in the square root in equation (12) are rearranged, equation (13)
式(13)は近似を用いていることから、わずかに含まれる誤差により精確な解が求まらない可能性がある。真値を算出するため、式(13)に精確な解が求まるように役割を担うクロックバイアスb^を挿入すると、式(14) Since equation (13) uses approximation, an exact solution may not be obtained due to a slight error. In order to calculate the true value, if we insert the clock bias b ^ which plays a role in Equation (13) to obtain an accurate solution, Equation (14)
式(14)における未知の変数は、任意のエポックにおける真の測位点62((τ)x^0, (τ)y^0, (τ)z^0)と真値の算出に用いるクロックバイアスb^の4つであることから、人工衛星毎に式(14)が最低4つあれば、ニュートン法や二分法等の演算手法を用いて、真の測位点62が算出される。
The unknown variable in equation (14) is the true positioning point 62 ( (τ) x ^ 0 , (τ) y ^ 0 , (τ) z ^ 0 ) at any epoch and the clock bias used to calculate the true value. Since there are four b ^, if there are at least four equations (14) for each artificial satellite, the
次に本発明に係るGPS装置を適用したGPSモジュール10の動作について記述する。GPSモジュール10は、任意の時刻において、端末センサ部20の加速度センサ24および電子コンパス26から端末携帯者の加速度と方位を取得する。端末センサ部20は、取得した端末携帯者の加速度と方位のデータ28および30を情報処理部22に送る。
Next, the operation of the
情報処理部22は、データ送信命令32を受信した際に、取得した加速度と方位を1秒問平均化した値を演算部14に端末携帯者のセンサ情報34として演算部14に出力する。演算部14は、端末携帯者の加速度と方位を含むセンサ情報34から1秒間の移動距離を算出し、方位から3次元における各軸方向への移動距離ベクトル66に変換する。
When receiving the
一方、GPS受信部46は、アンテナ44で受信したGPS信号50からエポック(τ)における人工衛星の位置56と擬似距離58をGPSデータとして1秒毎に算出し、ストレージ36に送る。ストレージ36は、1秒毎に算出したGPSデータを保存する。ストレージ36は、30秒間のGPSデータを保存し、一番古いGPSデータから順に上書きする。ストレージ36は、演算部14からデータ送信命令38を受信した際に、現時刻(τ)のGPSデータと1秒前(τ-1)のGPSデータを演算部14に送信する。
On the other hand, the
演算部14は、図3に示した原理を基に演算することにより高精度な測位点を算出する。演算部14は、算出した測位点データ42を、出力インタフェース18に出力する。出力インタフェース18は、図示しない携帯端末装置に高精度な位置情報として位置データ54を送信する。
The
このように動作させることにより、DGPS基準局のようなインフラやDGPS信号を受信する機構も用いることなく、携帯端末装置を携帯する歩行者の高精度な測位データを得ることができる。 By operating in this way, highly accurate positioning data of a pedestrian carrying a mobile terminal device can be obtained without using an infrastructure such as a DGPS reference station or a mechanism for receiving a DGPS signal.
10 GPSモジュール
12 センサ処理部
14 演算部
16 受信処理部
18 出力インタフェース
20 端末センサ部
22 情報処理部
24 加速度センサ
26 電子コンパス
36 ストレージ
44 アンテナ
46 GPS受信部
10 GPS module
12 Sensor processing section
14 Calculation unit
16 Reception processor
18 Output interface
20 Terminal sensor
22 Information processing department
24 Accelerometer
26 Electronic compass
36 Storage
44 Antenna
46 GPS receiver
Claims (10)
前記GPS衛星からのGPS信号を受信し、受信したGPS信号に含まれる情報を基に位置情報を取得して、前記所定の時間にわたって取得した位置情報を保持する受信処理手段と、
前記所定の時間あたりに3次元における軸それぞれの方向成分を用いて、前記端末装置の移動距離を演算し、演算した移動距離と前記GPS衛星から取得した位置情報とを用いて、擬似距離の誤差を解消して、前記GPS衛星の位置情報を補正する演算手段とを含むことを特徴とするGPS装置。 The position information obtained based on GPS signals from GPS (Global Positioning System) satellites, the direction of travel per predetermined time and the travel distance of the predetermined time are obtained, and the positioning position of the terminal device to be mounted is obtained. In the GPS device to be corrected, the GPS device is
A reception processing means for receiving a GPS signal from the GPS satellite, acquiring position information based on information included in the received GPS signal, and holding the position information acquired over the predetermined time;
Using the directional component of each axis in three dimensions per the predetermined time, the moving distance of the terminal device is calculated, and using the calculated moving distance and the position information acquired from the GPS satellite, an error in pseudo distance And a calculating means for correcting the position information of the GPS satellite.
観測した誤差を含む擬似距離から、一つ前の前記所定の時間で観測した誤差を含む擬似距離の減算を、真の距離から、一つ前の前記所定の時間における真の距離の減算に等しいと近似して、演算する第2演算機能ブロックと、
観測した誤差を含む擬似距離から、一つ前の前記所定の時間で観測した誤差を含む擬似距離の減算を、真の距離から、一つ前の前記所定の時間における真の距離の減算に等しいと近似して、演算する第2演算機能ブロックと、
観測した誤差を含む擬似距離から、一つ前の前記所定の時間で観測した誤差を含む擬似距離の減算を、真の距離から、一つ前の前記所定の時間における真の距離の減算に等しいと近似して、演算する第2演算機能ブロックと、
算出した移動距離、前記GPS衛星から取得した位置情報および受信にともなう真のクロックバイアスを用いて、擬似距離の誤差を解消して、前記GPS衛星における真の位置情報を算出する第3演算機能ブロックとを含むことを特徴とするGPS装置。 2. The GPS device according to claim 1, wherein the calculation unit calculates a moving distance of the terminal device using a direction component of each of three-dimensional axes per the predetermined time;
The subtraction of the pseudo distance including the error observed at the previous predetermined time from the pseudo distance including the observed error is equal to the subtraction of the true distance from the true distance at the predetermined previous time. And a second calculation function block for calculating,
The subtraction of the pseudo distance including the error observed at the previous predetermined time from the pseudo distance including the observed error is equal to the subtraction of the true distance from the true distance at the predetermined previous time. And a second calculation function block for calculating,
The subtraction of the pseudo distance including the error observed at the previous predetermined time from the pseudo distance including the observed error is equal to the subtraction of the true distance from the true distance at the predetermined previous time. And a second calculation function block for calculating,
Third calculation functional block for calculating the true position information in the GPS satellite by using the calculated moving distance, the position information acquired from the GPS satellite and the true clock bias associated with the reception to eliminate the error of the pseudorange And a GPS device.
前記所定の時間あたりに前記端末装置の携帯者の加速度および該携帯者が進行する方位を取得し、情報処理するセンサ処理手段と、
前記GPS衛星からのGPS信号を受信し、受信したGPS信号に含まれる情報を基に位置情報を取得して、前記所定の時間にわたって取得した位置情報を保持する受信処理手段と、
取得した携帯者の加速度および方位から前記所定の時間あたりに3次元における軸それぞれの方向成分を用いて、前記端末装置の移動距離を演算し、演算した移動距離と前記GPS衛星から取得した位置情報とを用いて、擬似距離の誤差を解消して、前記GPS衛星の位置情報を補正する演算手段とを含むことを特徴とするGPS装置。 In a GPS device that acquires position information obtained based on a GPS signal from a GPS (Global Positioning System) satellite and corrects a positioning position of a terminal device to be mounted, the GPS device includes:
Sensor processing means for acquiring and processing the acceleration of the portable person of the terminal device and the direction in which the portable person travels about the predetermined time;
A reception processing means for receiving a GPS signal from the GPS satellite, acquiring position information based on information included in the received GPS signal, and holding the position information acquired over the predetermined time;
The movement distance of the terminal device is calculated from the acquired acceleration and azimuth of the user using the directional component of each of the three-dimensional axes per predetermined time, and the calculated movement distance and the position information acquired from the GPS satellite And a calculation means for correcting the position information of the GPS satellite by eliminating pseudo-range errors.
観測した誤差を含む擬似距離から、一つ前の前記所定の時間で観測した誤差を含む擬似距離の減算を、真の距離から、一つ前の前記所定の時間における真の距離の減算に等しいと近似して、演算する第2演算機能ブロックと、
算出した移動距離、前記GPS衛星から取得した位置情報および受信にともなう真のクロックバイアスを用いて、擬似距離の誤差を解消して、前記GPS衛星における真の位置情報を算出する第3演算機能ブロックとを含むことを特徴とするGPS装置。 5. The GPS device according to claim 4, wherein the calculation means calculates a movement distance of the terminal device using a direction component of each of three-dimensional axes per the predetermined time;
The subtraction of the pseudo distance including the error observed at the previous predetermined time from the pseudo distance including the observed error is equal to the subtraction of the true distance from the true distance at the predetermined previous time. And a second calculation function block for calculating,
Third calculation functional block for calculating the true position information in the GPS satellite by using the calculated moving distance, the position information acquired from the GPS satellite and the true clock bias associated with the reception to eliminate the error of the pseudorange And a GPS device.
前記GPS衛星からのGPS信号を受信し、受信したGPS信号に含まれる情報を基に位置情報を取得して、前記所定の時間にわたって取得した位置情報を保持する第1の工程と、
前記所定の時間あたりに3次元における軸それぞれの方向成分を用いて、前記端末装置の移動距離を演算し、演算した移動距離と前記GPS衛星から取得した位置情報とを用いて、擬似距離の誤差を解消して、前記GPS衛星の位置情報を補正する第2の工程とを含むことを特徴とするGPS測位方法。 The position information obtained based on GPS signals from GPS (Global Positioning System) satellites, the direction of travel per predetermined time and the travel distance of the predetermined time are obtained, and the positioning position of the terminal device to be mounted is obtained. In the GPS positioning method to be corrected, the method includes:
A first step of receiving a GPS signal from the GPS satellite, acquiring position information based on information included in the received GPS signal, and retaining the acquired position information over the predetermined time;
Using the directional component of each axis in three dimensions per the predetermined time, the moving distance of the terminal device is calculated, and using the calculated moving distance and the position information acquired from the GPS satellite, an error in pseudo distance And a second step of correcting the position information of the GPS satellite.
観測した誤差を含む擬似距離から、一つ前の前記所定の時間で観測した誤差を含む擬似距離の減算を、真の距離から、一つ前の前記所定の時間における真の距離の減算に等しいと近似して、演算する第5の工程と、
算出した移動距離、前記GPS衛星から取得した位置情報および受信にともなう真のクロックバイアスを用いて、擬似距離の誤差を解消して、前記GPS衛星における真の位置情報を算出する第6の工程とを含むことを特徴とするGPS測位方法。 The method according to claim 7, wherein the second step includes a fourth step of calculating a moving distance of the terminal device using a direction component of each axis in three dimensions per the predetermined time;
The subtraction of the pseudo distance including the error observed at the previous predetermined time from the pseudo distance including the observed error is equal to the subtraction of the true distance from the true distance at the predetermined previous time. And a fifth step of calculating and approximating
A sixth step of calculating the true position information in the GPS satellite by using the calculated moving distance, the position information acquired from the GPS satellite, and the true clock bias associated with the reception to eliminate the error of the pseudorange; GPS positioning method characterized by including.
前記所定の時間あたりに前記端末装置の携帯者の加速度および該携帯者が進行する方位を取得し、情報処理する第1の工程と、
前記GPS衛星からのGPS信号を受信し、受信したGPS信号に含まれる情報を基に位置情報を取得して、前記所定の時間にわたって取得した位置情報を保持する第2の工程と、
取得した携帯者の加速度および方位から前記所定の時間あたりに3次元における軸それぞれの方向成分を用いて、前記端末装置の移動距離を演算し、演算した移動距離と前記GPS衛星から取得した位置情報とを用いて、擬似距離の誤差を解消して、前記GPS衛星の位置情報を補正する第3の工程とを含むことを特徴とするGPS測位方法。 In a GPS positioning method for acquiring position information obtained based on GPS signals from GPS (Global Positioning System) satellites and correcting the positioning position of a terminal device mounted thereon, the method includes:
A first step of acquiring and processing the acceleration of the user of the terminal device and the direction in which the user travels around the predetermined time;
A second step of receiving a GPS signal from the GPS satellite, acquiring position information based on information included in the received GPS signal, and retaining the acquired position information over the predetermined time;
The movement distance of the terminal device is calculated from the acquired acceleration and azimuth of the user using the directional component of each of the three-dimensional axes per predetermined time, and the calculated movement distance and the position information acquired from the GPS satellite And a third step of correcting the position information of the GPS satellite by eliminating the error of the pseudo distance using the GPS positioning method.
観測した誤差を含む擬似距離から、一つ前の前記所定の時間で観測した誤差を含む擬似距離の減算を、真の距離から、一つ前の前記所定の時間における真の距離の減算に等しいと近似して、演算する第5の工程と、
算出した移動距離、前記GPS衛星から取得した位置情報および受信にともなう真のクロックバイアスを用いて、擬似距離の誤差を解消して、前記GPS衛星における真の位置情報を算出する第6の工程とを含むことを特徴とするGPS測位方法。 The method according to claim 9, wherein the third step calculates a moving distance of the terminal device by using a direction component of each axis in three dimensions per the predetermined time;
The subtraction of the pseudo distance including the error observed at the previous predetermined time from the pseudo distance including the observed error is equal to the subtraction of the true distance from the true distance at the predetermined previous time. And a fifth step of calculating and approximating
A sixth step of calculating the true position information in the GPS satellite by using the calculated moving distance, the position information acquired from the GPS satellite, and the true clock bias associated with the reception to eliminate the error of the pseudorange; GPS positioning method characterized by including.
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