JP2012013505A - 測位支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、衛星航法に基づく測位系において、航行衛星から通知され、その航行衛星に搭載された時計が示す時刻の有効期間を延長する測位支援装置に関し、精度よく安定に航行衛星から正常に受信された衛星時刻の有効期間を大幅に延長することができることを目的とする。
【解決手段】時系列ｉの順に、航行衛星によって航法データが送信された時刻ｔｉ以降における前記航行衛星上の時刻Ｔｉを個別に与え、かつ前記航法データで与えられる予測関数Ｆpiを蓄積するログ手段と、前記時系列ｉにおける値が前記時刻Ｔｉの近似値もしくは前記時刻Ｔｉであり、かつ前記時系列ｉの逆順に先行する所定の数Ｎの時点において、前記予測関数Ｆpiに対する偏差が既定の範囲に抑えられ、あるいは最小である予測関数Ｆpi′で前記予測関数Ｆpiを補完する補完手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、衛星航法が適用された測位系において、航行衛星から通知され、その航行衛星に搭載された時計が示す時刻の有効期間を延長する測位支援装置に関する。

ＧＰＳ（Global Positioning System）は、地球の周りを周回する所定の数のＧＰＳ衛星から無線信号が到来する地点であれば、安定に確度高くその地点の測位が実現されるため、航空機、船舶、自動車等の移動体のナビゲーションだけではなく、例えば、ゲーム機器やスポーツ機器、様々な科学技術分野の系や装置にも広範に利用されつつある。

このようなＧＰＳでは、個々のＧＰＳ衛星の軌道を示す軌道データは「エフェメリス」と呼ばれ、その有効期限は、一般に、達成されるべき測位の精度の制約により４時間程度となっている。

しかし、個々のエフェメリスは、伝送に所要する時間が３０秒と長いために、特に、都市部や市街地では、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信機に至る伝搬路が地形や地物によって遮られる可能性が高い。このような可能性は、以下の好ましくない事項の要因となっていた。
(1) ４時間以上の長時間に亘って軌道データの更新が行われない状況に陥るために、測位の精度が許容されない程度まで低下する。
(2) ＧＰＳを応用したシステムや装置の実現性や性能の確保が妨げられる。

(3) ＧＰＳ受信機において正しく受信されたエフェメリスに基づいて得られたＧＰＳ衛星の位置、速度、加速度の有効性と、該当するエフェメリスがＧＰＳ衛星によって送信された時刻（ＧＰＳ衛星に搭載された時計が示す時刻）（以下、「衛星時刻」という。）の有効性とが必ずしも担保されない。

なお、衛星時刻の有効期間の延長は、例えば、エフェメリスに含まれる以下の２つのパラメータを過去の実績から時系列の順に推定（予測）し、そのパラメータをさらに未来にも適用することによって幾分なりとも実現することができる。

(1) エポック時刻ｔｏｃ
(2) クロック補正係数αｆ０〜αｆ２
以下、このようにして衛星時刻の有効期限の延長を実現する技術については、単に「従来技術」という。

なお、本発明に関連する先行技術としては、以下の特許文献１がある。
「ＰＮコードを発生させ出力するＰＮコード発生器と、ＰＮコード発生器の出力とＧＰＳ衛星においてスペクトル拡散に用いられたＰＮコードの位相差が０となるようＰＮコード発生器を制御するスペクトル逆拡散回路と、ＧＰＳ衛星に係るＰＮコードとの位相差が０となったときのＰＮコード発生器の出力位相情報から衛星時刻を取り出し当該ＧＰＳ衛星の擬似距離を計算する擬似距離測定部と、所定個数のＧＰＳ衛星の擬似距離に基づき測位計算を行う測位計算部とを備えるＧＰＳ受信機において、取り出された衛星時刻を記憶する衛星時刻メモリと、ＧＰＳ衛星からの信号が中断した場合に衛星時刻メモリ上の過去の衛星時刻から現在の衛星時刻を推定し擬似距離を計算する擬似距離補間部とを備える」ことにより、「ＧＰＳ衛星からの信号が中断した場合でも測位計算を継続可能にする」点に特徴があるＧＰＳ受信機…特許文献１

特開平６−２７２１６号公報

ところで、上述した「従来技術」は、推定により得られたパラメータが更新されることなく適用されつづける期間が長いほど、衛星時刻の推定（予測）結果に大きな誤差が生じるため、実際には採用され難かった。

また、このような衛星時刻の推定が未来に向かって行われるため、得られたパラメータは、未来における衛星時刻の予測の精度に対して何ら保証を与えるものではない。

本発明は、ハードウェアの構成が変更されることなく、精度よく安定に航行衛星から正常に受信された衛星時刻の有効期間を大幅に延長することができる測位支援装置を提供することを目的とする。

本願の特許請求の範囲に記載された請求項１〜８の相違点は、以下に列記するように、「ログ手段によって行われる蓄積の対象（以下、「ログ対象」という。）」と、「補完手段によって行われる補完の対象（以下、「補完対象」という。）」との組み合わせにある。
(1) 請求項１ ログ対象：予測関数，補完対象：予測関数
(2) 請求項２ ログ対象：誤差関数，補完対象：予測関数
(3) 請求項３ ログ対象：時刻，補完対象：予測関数
(4) 請求項４ ログ対象：時刻の誤差，補完対象：予測関数
(5) 請求項５ ログ対象：予測関数，補完対象：誤差関数
(6) 請求項６ ログ対象：誤差関数，補完対象：誤差関数
(7) 請求項７ ログ対象：時刻，補完対象：誤差関数
(8) 請求項８ ログ対象：時刻の誤差，補完対象：誤差関数

請求項１に記載の発明では、ログ手段は、時系列ｉの順に、航行衛星によって航法データが送信された時刻ｔｉ以降における前記航行衛星上の時刻Ｔｉを個別に与え、かつ前記航法データで与えられる予測関数Ｆpiを蓄積する。補完手段は、前記時系列ｉにおける値が前記時刻Ｔｉの近似値もしくは前記時刻Ｔｉであり、かつ前記時系列ｉの逆順に先行する所定の数Ｎの時点において、前記予測関数Ｆpiに対する偏差が既定の範囲に抑えられ、あるいは最小である予測関数Ｆpi′で前記予測関数Ｆpiを補完する。

すなわち、航行衛星上の時刻Ｔｉは、その航行衛星の航法データが正常に受信できない場合であっても、過去に正常に受信された航法データに基づいて得られた予測関数Ｆpiに対する整合性が高い予測関数Ｆpi′に基づいて、予測および補完が可能となる。

請求項２に記載の発明では、ログ手段は、時系列ｉの順に、航行衛星によって航法データが送信された時刻ｔｉ以降における前記航行衛星上の時刻Ｔｉの誤差ΔＴｉを個別に与え、かつ前記航法データで与えられる誤差関数ｆeiを蓄積する。補完手段は、前記時系列ｉにおける値が前記誤差ΔＴｉの近似値もしくは前記誤差ΔＴｉであり、かつ前記時系列ｉの逆順に先行する所定の数Ｎの時点において、前記誤差関数ｆeiに対する偏差が既定の範囲に抑えられ、あるいは最小である誤差関数ｆei′と前記時刻ｔｉとの和である予測関数Ｆpi′で、前記時系列ｉの順に前記時刻Ｔｉを与える予測関数Ｆpiを補完する。

すなわち、航行衛星上の時刻Ｔｉは、その航行衛星の航法データが正常に受信できない場合であっても、過去に正常に受信された航法データに基づいて得られた誤差関数ｆeiに対する整合性が高い予測関数Ｆpi′に基づいて、予測および補完が可能となる。

請求項３に記載の発明では、ログ手段は、航行衛星の航法データで与えられ、かつ時系列ｉの順に、前記航行衛星によって前記航法データが送信された時刻ｔｉ以降における前記航行衛星上の時刻Ｔｉを蓄積する。補完手段は、前記時系列ｉにおける値が前記時刻Ｔｉの近似値もしくは前記時刻Ｔｉであり、かつ前記時系列ｉの逆順に先行する所定の数Ｎの時点において、前記ログ手段に蓄積された時刻Ｔｉに対する偏差が既定の範囲に抑えられ、あるいは最小である予測関数Ｆpi′で、前記時系列ｉの順に前記時刻Ｔｉを与える予測関数Ｆpiを補完する。
すなわち、航行衛星上の時刻Ｔｉは、その航行衛星の航法データが正常に受信できない場合であっても、過去に正常に受信された航法データに基づいて得られた航行衛星上の時刻（の列）に対する整合性が高い予測関数Ｆpi′に基づいて、予測および補完が可能となる。

請求項４に記載の発明では、ログ手段は、航行衛星の航法データで与えられ、かつ時系列ｉの順に、前記航行衛星によって前記航法データが送信された時刻ｔｉ以降における前記航行衛星上の時刻Ｔｉの誤差ΔＴｉを蓄積する。補完手段は、前記時系列ｉにおける値が前記誤差ΔＴｉの近似値もしくは前記誤差ΔＴｉであり、かつ前記時系列ｉの逆順に先行する所定の数Ｎの時点において、前記ログ手段に蓄積された誤差ΔＴｉが既定の範囲に抑えられ、あるいは最小である予測関数Ｆpi′で、前記時系列ｉの順に前記誤差ΔＴｉを与える予測関数Ｆpiを補完する。

すなわち、航行衛星上の時刻Ｔｉは、その航行衛星の航法データが正常に受信できない場合であっても、過去に正常に受信された航法データに基づいて得られた航行衛星上の時刻の偏差（の列）に対する整合性が高い予測関数Ｆpi′に基づいて、予測および補完が可能となる。

請求項５に記載の発明では、ログ手段は、時系列ｉの順に、前記航行衛星によって前記航法データが送信された時刻ｔｉ以降における前記航行衛星上の時刻Ｔｉを個別に与え、かつ前記航法データで与えられる予測関数Ｆpiを蓄積する。補完手段は、前記時系列ｉにおける値が前記時刻Ｔｉの近似値もしくは前記時刻Ｔｉであり、かつ前記時系列ｉの逆順に先行する所定の数Ｎの時点において、前記予測関数Ｆpiに対する偏差が既定の範囲に抑えられ、あるいは最小である予測関数Ｆpi′と前記時刻ｔｉとの差である誤差関数ｆei′で、前記予測関数Ｆpiの誤差ΔＴｉを示す誤差関数ｆeiを補完する。

すなわち、航行衛星上の時刻Ｔｉは、その航行衛星の航法データが正常に受信できない場合であっても、過去に正常に受信された航法データに基づいて得られた予測関数Ｆpiに対する整合性が高い誤差関数ｆei′に基づいて、予測および補完が可能となる。

請求項６に記載の発明では、ログ手段は、時系列ｉの順に、航行衛星によって航法データが送信された時刻ｔｉ以降における前記航行衛星上の時刻Ｔｉの誤差ΔＴｉを個別に与え、かつ前記航法データで与えられる誤差関数ｆeiを蓄積する。補完手段は、前記時系列ｉにおける値が前記誤差ΔＴｉの近似値もしくは前記誤差ΔＴｉであり、かつ前記時系列ｉの逆順に先行する所定の数Ｎの時点において、前記誤差関数ｆeiに対する偏差が既定の範囲に抑えられ、あるいは最小である誤差関数ｆei′で、前記時系列ｉの順に前記誤差関数ｆeiを補完する。

すなわち、航行衛星上の時刻Ｔｉは、その航行衛星の航法データが正常に受信できない場合であっても、過去に正常に受信された航法データに基づいて得られた誤差関数ｆeiに対する整合性が高い誤差関数ｆei′に基づいて、予測および補完が可能となる。

請求項７に記載の発明では、ログ手段は、航行衛星の航法データで与えられ、かつ時系列ｉの順に、前記航行衛星によって前記航法データが送信された時刻ｔｉ以降における前記航行衛星上の時刻Ｔｉを蓄積する。補完手段は、前記時系列ｉにおける値が前記時刻Ｔｉの近似値もしくは前記時刻Ｔｉであり、かつ前記時系列ｉの逆順に先行する所定の数Ｎの時点において、前記ログ手段に蓄積された時刻Ｔｉに対する偏差が既定の範囲に抑えられ、あるいは最小となる誤差関数ｆei′で、前記時系列ｉの順に前記誤差ΔＴｉを与える誤差関数ｆeiを補完する。

すなわち、航行衛星上の時刻Ｔｉは、その航行衛星の航法データが正常に受信できない場合であっても、過去に正常に受信された航法データに基づいて得られた航行衛星上の時刻（の列）に対する整合性が高い誤差関数ｆei′に基づいて、予測および補完が可能となる。

請求項８に記載の発明では、ログ手段は、航行衛星の航法データで与えられ、かつ時系列ｉの順に、前記航行衛星によって前記航法データが送信された時刻ｔｉ以降における前記航行衛星上の時刻Ｔｉの誤差ΔＴｉを蓄積する。補完手段は、前記時系列ｉにおける値が前記誤差ΔＴｉの近似値もしくは前記誤差ΔＴｉであり、かつ前記時系列ｉの逆順に先行する所定の数Ｎの時点において、前記ログ手段に蓄積された誤差ΔＴｉに対する偏差が既定の範囲に抑えられ、あるいは最小となる誤差関数ｆei′で、前記時系列の順に前記誤差ΔＴｉを与える誤差関数ｆeiを補完する。

すなわち、航行衛星上の時刻Ｔｉは、その航行衛星の航法データが正常に受信できない場合であっても、過去に正常に受信された航法データに基づいて得られた航行衛星上の時刻の偏差（の列）に対する整合性が高い誤差関数ｆei′に基づいて、予測および補完が可能となる。

本発明によれば、従来例に比べてハードウェアの構成が基本的に変更されないにもかかわらず、正常に受信できなかった航法データの送信源である航行衛星上の時刻が精度よく補完され、その航行衛星に基づく測位の精度が安定に高く維持される。

また、本発明によれば、地形や地物の多様な分布に対する柔軟な適応の可能性が拡大され、かつ実時間性が損なわれることなく、精度よく安定に測位の継続が可能となる。

したがって、本発明が適用された衛星航法系は、コストが増加することなく、多様な分野に対する柔軟な応用の可能性が高められる。

本発明の一実施形態を示す図である。 ログバッファの構成を示す図である。 本実施形態の動作フローチャートである。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す図である。

図において、ＧＰＳ衛星（図示されない。）から無線信号が到来するアンテナ１１の給電点には無線部１２のアンテナ端子が接続され、その無線部１２の出力は信号処理部１３の対応するアナログポートに接続される。信号処理部１３の第一の出力は無線部１２の局発入力に接続され、その信号処理部１３の第二の出力には上記ＧＰＳ衛星の位置（以下、「衛星位置」という。）、速度（以下「衛星速度」という。）、加速度（以下、「衛星加速度」という。）の全てまたは一部が出力される。信号処理部１３の主記憶の特定の記憶領域には、図１に点線で示すように、ログバッファ１３ＬＢが配置される。このログバッファ１３ＬＢは、図２示すように、ＧＰＳ衛星毎に対応する所定数Ｎのレコードを個別に有するセグメント１３Ｓ-1〜１３Ｓ-kの集合として構成され、これらのセグメント（レコード）は、以下の情報がそれぞれ保持されるフィールドを有する。

(1) 後述する送信時刻ｔ_ＳＶ
(2) エポック時刻ｔ_ｏｃ
(3) クロック補正係数αf_０、αf_１、αf_２
なお、所定数Ｎは、エフェメリス毎に含まれる上記エポック時刻ｔ_ｏｃおよびクロック補正係数αf_０、αf_１、αf_２ の総数（＝４）以上に予め設定される。

図３は、本実施形態の動作フローチャートである。
以下、図１〜図３を参照して本実施形態の動作を説明する。
本実施形態の各部の基本的な動作は、以下の通りである。
無線部１２は、ＧＰＳ衛星からアンテナ１１に到来した受信波を取り込み、信号処理部1３によって与えられる局発信号に基づいてその受信波をヘテロダイン検波することにより中間周波信号を生成し、その中間周波信号をＡ／Ｄ変換することにより、ディジタル信号を生成する。

信号処理部１３は、以下の処理を行う。
(1) 所定のアルゴリズムに基づいてＧＰＳ衛星を順次選択し、選択された個々のＧＰＳ衛星について、受信波のドプラシフトを推定し、そのドップラシフトの中心値を含む所定の周波数帯域における受信波との相関をとる。
(2) 並行してＧＰＳ衛星から受信され得るＣ／Ａコードの内、該当するＧＰＳ衛星から受信されたＣ／Ａコードとの相関が最大となる周波数と、Ｃ／Ａコードの位相とを検出してＧＰＳ衛星を捕捉する。

(3) 何れのＧＰＳ衛星についても、捕捉した後には、搬送波とＣ／Ａコートの位相との追尾を継続して行う。
(4) ＧＰＳ衛星から受信されるＣ／Ａコードの位相を測定することにより、該当する受信波が送信された時刻（以下、「送信時刻」という。）を求める。

(5) 「本実施形態に係るＧＰＳ受信機（以下、単に「受信機」という。）に内蔵された時計（以下、「内蔵時計」という。）が与える時刻」の上記「送信時刻」に対する偏差を該当するＧＰＳ衛星から到来する受信波の伝搬所要時間Ｔとして求める。
(6) この伝搬所要時間Ｔと上記受信波の伝搬速度の公称値Ｃとの積として、ＧＰＳ衛星の擬似距離を求める。

(7) 受信波を復調することにより、アルマナック（軌道上の全てのＧＰＳ衛星の大まかな軌道情報を含む。）と、エフェメリス（受信波の送信元であるＧＰＳ衛星のクロック補正係数および軌道情報を含む。）とを取得する。
(8) 地球の中心を原点とする３次元座標系における個々のＧＰＳ衛星の衛星位置を上記エフェメリスに基づいて求める。

(9) これらのＧＰＳ衛星の内、４個以上のＧＰＳ衛星について、上記「送信時刻」における「衛星位置」および「擬似距離」に対して成立する連立方程式の解として、地球上における受信機の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、その受信機の「内蔵時計」が与える時刻の偏差とを求め、これらの位置および偏差を出力する。

ところで、上述した「送信時刻」は、ＧＰＳ受信機がエフェメリスを正常に受信できたＧＰＳ衛星については、「ＧＰＳシステム仕様書」に「時刻・周波数補正モデル」として規定されるように、以下に列記するパラメータ(1)〜(11) に対する下式(a)〜(d)で示すように、時刻補正Δｔ_ＳＶとなる値として求められる。

(1) 上記受信波の伝搬速度の公称値Ｃ
(2) 重力パラメータμ
(3) Ｆ（＝−２√(μ)／Ｃ^２＝-4.442807633・10^−１０［ｓ／ｍ^１／２］）
(4) ＧＰＳ衛星の離心率ｅ
(5) ＧＰＳ衛星の長半径Ａ
(6) ＧＰＳ衛星の離心近地点離角Ｅ_ｋ

(7) エポック時刻ｔ_ｏｃ（エフェメリスの一部としてＧＰＳ衛星から受信される。）
(8) クロック補正係数αf_０、αf_１、αf_２（エフェメリスの一部としてＧＰＳ衛星から受信される。）
(9) ＧＰＳ衛星時刻系における送信時刻ｔ_ＳＶ
(10)相対論に基づく補正値Δｔｒ
(11)Ｌ１帯における遅延補正値Ｔ_ＧＤ

Δｔ_ＳＶ＝ａ_ｆ０＋ａ_ｆ１(ｔ_ＳＶ−ｔ_ｏｃ)＋ａ_ｆ２(ｔ_ＳＶ−ｔ_ｏｃ)^２＋Δｔｒ−Ｔ_ＧＤ …(a)
Δｔｒ＝Ｆｅ√(Ａ)ｓｉｎ(Ｅ_ｋ) …(b)
(ｔ_ＳＶ−ｔ_ｏｃ)=(ｔ_ＳＶ−ｔ_ｏｃ)−604800 〔(ｔ_ＳＶ−ｔ_ｏｃ)＞302400の時〕 …(c)
(ｔ_ＳＶ−ｔ_ｏｃ)=(ｔ_ＳＶ−ｔ_ｏｃ)＋604800 〔(ｔ_ＳＶ−ｔ_ｏｃ)＜-302400の時〕 …(d)

本実施形態の特徴は、エフェメリスが正常に受信されなかったＧＰＳ衛星の「送信時刻」が後述する処理の下で補完（外挿）される点にある。

信号処理部１３は、正常に受信されたエフェメリスに基づいてＧＰＳ衛星の送信時刻を算出する処理の過程では、ログバッファ１３ＬＢのセグメント１３Ｓ-1〜１３Ｓ-kの内、該当するＧＰＳ衛星に対応したセグメントに、そのＧＰＳ衛星および該当する時刻ｔに対応させて、以下の情報をサイクリックに蓄積する（図３ステップＳ１）。

(1) 正常に識別された最新の送信時刻ｔ_ＳＶ-t
(2) 正常に受信された最新のエフェメリス（以下、「最新エフェメリス」という。）に含まれるエポック時刻ｔ_ｏｃ-t
(3) 同様の最新エフェメリスに含まれるクロック補正係数αf_０-t、αf_１-t、αf_２-t

なお、信号処理部１３は、既述の式(a) の右辺にある項（Δｔｒ−Ｔ_ＧＤ）の値をＧＰＳ衛星毎に求め、かつ定数αとして別途蓄積する。このような定数αの算出および上記蓄積の処理は、始動時と、新しいＧＰＳから到来する受信波を識別する度との何れにおいても適宜行うことが可能である。

以下では、時刻ｔについては、以下では、一定の周期Δｔと整数ｉとの積（=Δｔ・ｉ）として与えられると仮定する。

また、信号処理部１３は、最新エフェメリスが正常に受信できなかった場合には、該当するＧＰＳ衛星に関して以下の処理を行う。
以下では、現時点以降においても送信時刻（衛星時刻）の補正に用いられるべき時刻補正Δｔ_ＳＶ−ｊ′が既述の式(a) に準じた下記の近似式(f) で与えられることを前提として、同式に含まれる係数Ｋ_０−ｊ，Ｋ_１−ｊ，Ｋ_２−ｊおよびエポック時刻ｔ_ｏｃ−ｊが後述する手順により求められる。

Δｔ_ＳＶ−ｊ′＝Ｋ_０−ｊ＋Ｋ_１−ｊ(ｔ_ＳＶ−ｊ−ｔ_ｏｃ−ｊ)＋Ｋ_２−ｊ(ｔ_ＳＶ−ｊ−ｔ_ｏｃ−ｊ)^２＋α_ｊ…(f)
ここに、サフィックスｊは、現時点に「０」が付与され、かつ時間軸上における未来の方向には周期Δｔで「−１」、「−２」、…と降順に付与されると共に、過去の方向（時系列ｔの逆順）には周期Δｔで「１」、「２」、…と昇順に付与される整数（≦(Ｎ−３)）を示す。なお、（Ｎ−３）は、ログバッファ１３ＬＢのレコード１３Ｓ-1〜１３Ｓ-kに個別に含まれるレコードの数Nから、過去の方向に隣接する４（エポック時刻ｔ_ｏｃ−jおよびクロック補正係数αf_０−j、αf_{１−０−j}、αf_{２−０−j}の総数）つずつのレコードを抽出可能な組み合わせの総数を意味する。

(1) この時点（以下、「現時点」という。）以前に正常に求められた最新のエポック時刻ｔ_ｏｃ−０およびクロック補正係数αf_０−０、αf_１−０、αf_２−０をログバッファ１３ＬＢから取得する（図３ステップＳ２）。

(2) ログバッファ１３ＬＢのセグメント１３Ｓ-1〜１３Ｓ-kの内、該当するＧＰＳ衛星に対応するセグメント（以下、「該当セグメント」という。）を時系列の逆順に参照することにより得られるエポック時刻、クロック補正係数および送信時刻が上記近似式(f) に個別に代入されることにより構成される下記の（Ｎ−３）組の連立方程式を得る（図３ステップＳ３）。

(3) これらの連立方程式の解(Ｋ_０−０，Ｋ_１−０，Ｋ_２−０)〜(Ｋ_{０−(Ｎ−２)}，Ｋ_{１−(Ｎ−２)}，Ｋ_{２−(Ｎ−２)})を求める（図３ステップＳ４）。

(4) 上記近似式(f) の右辺にある係数Ｋ_０−ｊ，Ｋ_１−ｊ，Ｋ_２−ｊとして、これらの連立方程式の解(Ｋ_０−０，Ｋ_１−０，Ｋ_２−０)〜(Ｋ_{０−(Ｎ−２)}，Ｋ_{１−(Ｎ−２)}，Ｋ_{２−(Ｎ−２)})がそれぞれ代入され、かつ同右辺の送信時刻ｔ_ＳＶ−ｊおよびエポック時刻ｔ_ｏｃ−ｊとして、ログバッファ１３ＬＢの該当セグメントに蓄積されている送信時刻およびエポック時刻がそれぞれ代入されることによって得られる右辺の値として、（Ｎ−１）組の時刻補正（Δｔ_{ＳＶ−００}〜Δｔ_{ＳＶ−０(Ｎ−１)}）〜（Δｔ_{ＳＶ−(Ｎ−２)０}〜Δｔ_{ＳＶ−(Ｎ−２)(Ｎ−１)}）を算出する（図３ステップＳ５）。

(5) 時系列ｔの逆順（ｊ＝０、…、(Ｎ−１))に、近似式(f) の右辺に上記解(Ｋ_０−０，Ｋ_１−０，Ｋ_２−０)〜(Ｋ_{０−(Ｎ−２)}，Ｋ_{１−(Ｎ−２)}，Ｋ_{２−(Ｎ−２)})をそれぞれ代入することによって、右辺の値としてＮ個ずつの時刻補正（ΔＴ_{ＳＶ−００}〜ΔＴ_{ＳＶ−０(Ｎ−１)}）〜（ΔＴ_{ＳＶ−(Ｎ−３)０}〜ΔＴ_{ＳＶ−(Ｎ−３)(Ｎ−１)}）を算出する（図３ステップＳ６）。

(6) ログバッファ１３ＬＢの該当セグメントに蓄積されている送信時刻、エポック時刻およびクロック補正係数に併せて、既述の定数αを上記近似式（f) に代入することによって、同近似式（f) の右辺の値として、Ｎ個の時刻補正（以下、「実績時刻補正」という。）Δτ_ＳＶ−０〜Δτ_{ＳＶ−(Ｎ−１)}を算出する（図３ステップＳ７）。

(7) 上述した解(Ｋ_０−０，Ｋ_１−０，Ｋ_２−０)〜(Ｋ_{０−(Ｎ−２)}，Ｋ_{１−(Ｎ−２)}，Ｋ_{２−(Ｎ−２)})の内、以下の要件の全てまたは一部（１つのみであってもよい。）が成立する解（以下、「最適解」という。）Ｋ_０，Ｋ_１，Ｋ_２
を特定する（図３ステップＳ８）。

(7-1) 実績時刻補正Δτ_ＳＶ−０〜Δτ_{ＳＶ−(Ｎ−１)}に対する偏差が最小となる解
(7-2) 実績時刻補正Δτ_ＳＶ−０〜Δτ_{ＳＶ−(Ｎ−１)}に対する偏差の最大値が既定の閾値以下（あるいは未満）に抑えられる解

(7-3) 既述のＮ個ずつの時刻補正（ΔＴ_{ＳＶ−００}〜ΔＴ_{ＳＶ−０(Ｎ−１)}）〜（ΔＴ_{ＳＶ−(Ｎ−３)０}〜ΔＴ_{ＳＶ−(Ｎ−３)(Ｎ−１)}）の内、総和が最小となる特定の時刻補正を与える解
(7-4) Ｎ個ずつの時刻補正（ΔＴ_{ＳＶ−００}〜ΔＴ_{ＳＶ−０(Ｎ−１)}）〜（ΔＴ_{ＳＶ−(Ｎ−３)０}〜ΔＴ_{ＳＶ−(Ｎ−３)(Ｎ−１)}）の内、値の分散が最小である特定の時刻補正を与える解

(8) 近似式(f) の右辺に最良解Ｋ_０，Ｋ_１，Ｋ_２が適用されてなる下記の予測式(g) を求める（図３ステップＳ９）。
Δｔ_ＳＶ−ｊ′＝Ｋ_０＋Ｋ_１(ｔ_ＳＶ−ｊ−ｔ_ｏｃ−ｊ)＋Ｋ_２(ｔ_ＳＶ−ｊ−ｔ_ｏｃ−ｊ)^２＋α_ｊ …(g)

(9) 先に正常に求められた最新の送信時刻ｔ_ＳＶ−０およびエポック時刻ｔ_ｏｃ−０と、既述の定数αとを上記予測式(g) に代入することにより、時刻補正Δｔ_ＳＶ−０′を求める（図３ステップＳ１０）。

(10)この時刻補正Δｔ_ＳＶ−０′に基づいて送信時刻ｔ_ＳＶ−０を補正する（図３ステップＳ１２）ことにより、エフェメリスが正常に受信できなかったために低下する送信時刻ｔ_ＳＶ−０の精度の低下を回避する。
なお、本願の「特許請求の範囲」では、上記予測式(g) は「誤差関数」に相当し、この予測式(g) と既述の「ＧＰＳ衛星時刻系における送信時刻(＝ｔ_ＳＶ−ｊ)」との和が「予測関数」に相当する。

さらに、信号処理部１３は、最新エフェメリスと、これに先行する直近のエフェメリスとが同様に正常にできていなかった場合には、該当するＧＰＳ衛星に関して以下の処理を行う。

(1) 既述の最適解Ｋ_０，Ｋ_１，Ｋ_２を得る処理を省略し、かつ上記最適解Ｋ_０，Ｋ_１，Ｋ_２を引き続き適用することにより、既述の手順に基づいて最新の送信時刻ｔ_ＳＶ−０′を補正する（図３ステップＳ９，Ｓ１０）。
(2) 上記最適解Ｋ_０，Ｋ_１，Ｋ_２が得られた時点から経過した時間Ｐを特定し（図３ステップＳ１１）、その時間Ｐが規定の上限値を超える場合には、警報を出力する（図３ステップS１２）。

すなわち、本実施形態によれば、エフェメリスが正常に受信できなかった場合であっても、「先行して正常に受信されたエフェメリスに基づいて得られ、かつログバッファ１３ＬＢに蓄積されたパラメータ」を基準とすることにより、ＧＰＳ受信機のハードウェアの構成が基本的に変更されることなく時刻補正Δｔ_ＳＶ−０′の予測が精度よく実現され、測位の精度が高く安定に維持される。

したがって、本実施形態に係るＧＰＳ受信機は、コストが大幅に増加することなく、かつ実時間性が損なわれることなく、多様な地形や地物の分布に対する柔軟な適応が可能となり、ＧＰＳの多様な分野に対する適用が可能となる。

また、本実施形態に係るＧＰＳ受信機は、多数の高層ビルが乱立する都市部や市街地においても、高い精度による安定な測位の実現と、多様な分野に対するＧＰＳの応用の拡大とを可能とする。

さらに、本実施形態では、例えば、時刻補正Δｔ_ＳＶのように、既述の処理（図３ステップＳ１〜Ｓ１３）の過程で重複して参照される情報については、ログバッファ１３ＬＢの該当セグメントの各フィールドに一次的に保持されることにより、処理量や応答性の向上が図られてもよい。

また、本実施形態では、最適解Ｋ_０，Ｋ_１，Ｋ_２の特定のために適用される要件は、既述の要件に限定されず、コスト、処理、ハードウェア資源の全てまたは一部の増加、あるいは応答性の低下が許容されるならば、如何なるものであってもよい。

さらに、本実施形態では、時刻補正を与える近似式(f) および予測式(g) の双方または何れか一方は、送信時刻を与える式であってもよい。

また、本実施形態では、既述の（Ｎ−３）組の連立方程式は、ログバッファ１３ＬＢの該当セグメントにおいて時系列の逆順に隣接して蓄積されている内容に基づいて生成されている。
しかし、このような連立方程式は、ログバッファ１３ＬＢの該当セグメント上で隣接しない（例えば、既述の期間Δｔの整数倍のインターバルずつ隔たった）フィールドに蓄積された内容に基づいて生成されてもよい。なお、上記（Ｎ−３）組の連立方程式には、ログバッファ１３LＢから読み出されるエポック時刻およびクロック補正係数の全てまたは一部は、近似値に変換されて適用されてもよく、あるいは何らかの予測処理の下で修正が加えられた後に適用されてもよい。

さらに、これらの連立方程式の組数は、上記該当セグメントに蓄積された内容が重複して用いられてもよい場合には、（Ｎ−２）以上となってもよい。

また、本実施形態では、既述の近似式(f) および予測式(g) は、既述の式(a) と同じ次数の多項式として与えられている。
しかし、これらの近似式(f) および予測式(g) は、双方または何れか一方が３次以上の高次の多項式、あるいは１次の多項式として与えられてもよく、かつ両者の次数が異なってもよい。

また、本発明は、既述の通りに予測された時刻補正Δｔ_ＳＶ−０′と、その時刻補正Δｔ_ＳＶ−０′に基づいて得られる送信時刻ｔ_ＳＶ−ｊ′との何れかの変化率（微分値）を求めることにより、周波数変動（衛星に搭載された時計の誤差に起因する。）の予測にも同様に適用可能である。

さらに、本実施形態の演算対象や演算手順は、既述の形態に限らず、所望の精度や応答性が達成されるならば、如何なるものであってもよい。

また、本実施形態では、既述の処理は、信号処理部１３によって単独で行われている。
しかし、このような処理は、情報処理や信号処理を行う複数のプロセッサに如何なる形態で機能分散や負荷分散が図られてもよい。

さらに、本実施形態では、本発明は、ＧＰＳ受信機の測位の精度を高め、かつ高く維持するために適用されている。
しかし、本発明は、このような用途や目的だけではなく、例えば、以下に列記するように、ＧＰＳ受信機の始動や起動に要する時間の短縮のためにも、同様に適用可能である。

(1) ＧＰＳ受信機内にアルマナックがない場合（先に記憶されているアルマナックの有効期限が過ぎた後、アルマナックを蓄積するメモリの不揮発性が保証されない状態）におけるコールドスタート

(2) ＧＰＳ受信機内に有効なアルマナックが蓄積されているが、エフェメリスが記憶されてなく、あるいは先に記憶されているエフェメリスの有効期限が過ぎた後におけるウォームスタート

(3) ＧＰＳ受信機内に有効なアルマナックおよびエフェメリスが蓄積されている状態におけるホットスタート

また、本発明は、ＧＰＳ衛星に限定されず、例えば、構築や開発が進められているグロナス、ガリレオ、コンパスその他の多様な航行衛星にも同様に適用可能である。
さらに、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲において多様な実施形態の構成が可能であり、構成要素の全てまたは一部に如何なる改良が施されてもよい。

以下、本願に開示された発明の内、「特許請求の範囲」対する記載の対象から除外した発明を整理し、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段」の欄の記載に準じた様式により列記する。

［請求項９］ 請求項１ないし請求項８の何れか１項に記載の測位支援装置において、
前記近似値は、
前記時系列ｉの逆順に先行する量に基づく予測によって求められる
ことを特徴とする測位支援装置。
このような構成の測位支援装置では、請求項１ないし請求項８の何れか１項に記載の測位支援装置において、前記近似値は、前記時系列ｉの逆順に先行する量に基づく予測によって求められる。

このような近似値は、単に、「先行して正常に得られた航法データに基づいて得られた量」、あるいは「その量の単なる近似値」ではなく、これらの量の履歴に基づく予測により得られる。

したがって、補完される予測関数Ｆpiと誤差関数ｆeiとの何れの精度も平均的に高められ、かつ安定に維持される。

［請求項１０］ 請求項１ないし請求項９の何れか１項に記載の測位支援装置において、
前記所定の数Ｎが「１」である
ことを特徴とする測位支援装置。

このような構成の測位支援装置では、請求項１ないし請求項９の何れか１項に記載の測位支援装置において、前記所定の数Ｎが「１」である。

すなわち、予測関数Ｆpiと誤差関数ｆeiとの何れについても、補完のために行われるべき処理の演算対象に併せて処理量が少なく抑えられる。

したがって、所望の精度が確保されるのであれば、応答性が高められ、かつ消費電力の節減と、ハードウェアの実装や熱設計にかかわる制約の緩和とが図られる。

［請求項１１］ 請求項１ないし請求項１０の何れか１項に記載の測位支援装置において、
前記所定の数Ｎが複数であり、
前記補完手段は、
時系列ｉの順に小さな重みによる重み付けにより前記偏差を得る
ことを特徴とする測位支援装置。

このような構成の測位支援装置では、請求項１ないし請求項１０の何れか１項に記載の測位支援装置において、前記所定の数Ｎは、複数である。前記補完手段は、時系列ｉの順に小さな重みによる重み付けにより前記偏差を得る。

すなわち、予測関数Ｆpiと誤差関数ｆeiとの何れの補完の過程においても、先行して正常な航法データに基づいて得られた量が古いほど大きく重み付けられて参照される。

したがって、予測関数Ｆpiと誤差関数ｆeiとの何れについても、補完の精度が高められ、かつ安定に維持される。

［請求項１２］ 請求項１ないし請求項１１の何れか１項に記載の測位支援装置において、
前記所定の数Ｎが複数であり、
前記補完手段は、
前記偏差の基準となる量が大きいほど大きな重みによる重み付けにより前記偏差を得る
ことを特徴とする測位支援装置。

このような構成の測位支援装置では、請求項１ないし請求項１１の何れか１項に記載の測位支援装置において、前記所定の数Ｎは、複数である。前記補完手段は、前記偏差の基準となる量が大きいほど大きな重みによる重み付けにより前記偏差を得る。

すなわち、補完手段によって行われる演算の過程では、上記偏差の基準となる量の大きさの如何にかかわらず共通の重みが採用される場合に比べて、誤差の圧縮が図られる。

したがって、予測関数Ｆpiと誤差関数ｆeiとの何れについても、補完の精度が高められ、かつ安定に維持される。

［請求項１３］ 請求項１ないし請求項１２の何れか１項に記載の測位支援装置において、
前記所定の数Ｎが複数であり、
前記ログ手段は、
前記補完手段によって補完された関数を前記時系列ｉの順に蓄積し、
前記補完手段は、
前記所定の数Ｎの時点の内、前記補完手段によって補完された関数が前記ログ手段に蓄積されている時点について得られ、かつ偏差に含まれる量を小さく重み付け、あるいは「０」と見なす
ことを特徴とする測位支援装置。

このような構成の測位支援装置では、請求項１ないし請求項１２の何れか１項に記載の測位支援装置において、前記所定の数Ｎは、複数である。前記ログ手段は、前記補完手段によって補完された関数を前記時系列ｉの順に蓄積する。前記補完手段は、前記所定の数Ｎの時点の内、前記補完手段によって補完された関数が前記ログ手段に蓄積されている時点について得られ、かつ偏差に含まれる量を小さく重み付け、あるいは「０」と見なす。

すなわち、予測関数Ｆpiと誤差関数ｆeiとの何れの補完も、正常に得られた航法データに基づいて得られた量や関数だけではなく、請求項１ないし請求項１２に記載の測位支援装置によって先行して補完された量や関数にも基づいて行われる。また、その補完の過程では、「正常に得られた航法データに基づいて得られた量や関数」よりも、「先行して補完された量や関数」が小さく重み付けられて参照され、あるいは無視される。

したがって、ログ手段と補完手段との何れによって行われる処理も手順の共通化が図られ、かつ設計、デバッグおよび保守の容易性および利便性が高められる。

［請求項１４］ 請求項１ないし請求項１３の何れか１項に記載の測位支援装置において、周波数補正支援手段は、前記航行衛星に搭載され、かつ前記航行衛星における時刻の基準となる発振器の発振周波数のシフトを前記Ｔｉの変化率として得る
ことを特徴とする測位支援装置。

このような構成の測位支援装置では、請求項１ないし請求項１３の何れか１項に記載の測位支援装置において、周波数補正支援手段は、前記航行衛星に搭載され、かつ前記航行衛星における時刻の基準となる発振器の発振周波数のシフトを前記Ｔｉの変化率として得る。

すなわち、請求項１ないし請求項１３の構成が基本的に変更されることなく、航行衛星に搭載され、かつ前記航行衛星における時刻の基準となる発振器の発振周波数のシフトが得られる。

したがって、航行衛星に搭載された発振器の発振周波数の偏差やその偏差の変動が生じても、このような偏差に起因する測位精度の低下が精度よく安価に図られる。

１１ アンテナ
１２ 無線部
１３ 信号処理部
１３ＬＢ ログバッファ
１３Ｓ セグメント

Claims (8)

1. 時系列ｉの順に、航行衛星によって航法データが送信された時刻ｔｉ以降における前記航行衛星上の時刻Ｔｉを個別に与え、かつ前記航法データで与えられる予測関数Ｆpiを蓄積するログ手段と、
   前記時系列ｉにおける値が前記時刻Ｔｉの近似値もしくは前記時刻Ｔｉであり、かつ前記時系列ｉの逆順に先行する所定の数Ｎの時点において、前記予測関数Ｆpiに対する偏差が既定の範囲に抑えられ、あるいは最小である予測関数Ｆpi′で前記予測関数Ｆpiを補完する補完手段と
   を備えたことを特徴とする測位支援装置。
2. 時系列ｉの順に、航行衛星によって航法データが送信された時刻ｔｉ以降における前記航行衛星上の時刻Ｔｉの誤差ΔＴｉを個別に与え、かつ前記航法データで与えられる誤差関数ｆeiを蓄積するログ手段と、
   前記時系列ｉにおける値が前記誤差ΔＴｉの近似値もしくは前記誤差ΔＴｉであり、かつ前記時系列ｉの逆順に先行する所定の数Ｎの時点において、前記誤差関数ｆeiに対する偏差が既定の範囲に抑えられ、あるいは最小である誤差関数ｆei′と前記時刻ｔｉとの和である予測関数Ｆpi′で、前記時系列ｉの順に前記時刻Ｔｉを与える予測関数Ｆpiを補完する補完手段と
   を備えたことを特徴とする測位支援装置。
3. 航行衛星の航法データで与えられ、かつ時系列ｉの順に、前記航行衛星によって前記航法データが送信された時刻ｔｉ以降における前記航行衛星上の時刻Ｔｉを蓄積するログ手段と、
   前記時系列ｉにおける値が前記時刻Ｔｉの近似値もしくは前記時刻Ｔｉであり、かつ前記時系列ｉの逆順に先行する所定の数Ｎの時点において、前記ログ手段に蓄積された時刻Ｔｉに対する偏差が既定の範囲に抑えられ、あるいは最小である予測関数Ｆpi′で、前記時系列ｉの順に前記時刻Ｔｉを与える予測関数Ｆpiを補完する補完手段と
   を備えたことを特徴とする測位支援装置。
4. 航行衛星の航法データで与えられ、かつ時系列ｉの順に、前記航行衛星によって前記航法データが送信された時刻ｔｉ以降における前記航行衛星上の時刻Ｔｉの誤差ΔＴｉを蓄積するログ手段と、
   前記時系列ｉにおける値が前記誤差ΔＴｉの近似値もしくは前記誤差ΔＴｉであり、かつ前記時系列ｉの逆順に先行する所定の数Ｎの時点において、前記ログ手段に蓄積された誤差ΔＴｉが既定の範囲に抑えられ、あるいは最小である予測関数Ｆpi′で、前記時系列ｉの順に前記誤差ΔＴｉを与える予測関数Ｆpiを補完する補完手段と
   を備えたことを特徴とする測位支援装置。
5. 時系列ｉの順に、前記航行衛星によって前記航法データが送信された時刻ｔｉ以降における前記航行衛星上の時刻Ｔｉを個別に与え、かつ前記航法データで与えられる予測関数Ｆpiを蓄積するログ手段と、
   前記時系列ｉにおける値が前記時刻Ｔｉの近似値もしくは前記時刻Ｔｉであり、かつ前記時系列ｉの逆順に先行する所定の数Ｎの時点において、前記予測関数Ｆpiに対する偏差が既定の範囲に抑えられ、あるいは最小である予測関数Ｆpi′と前記時刻ｔｉとの差である誤差関数ｆei′で、前記予測関数Ｆpiの誤差ΔＴｉを示す誤差関数ｆeiを補完する補完手段と
   を備えたことを特徴とする測位支援装置。
6. 時系列ｉの順に、航行衛星によって航法データが送信された時刻ｔｉ以降における前記航行衛星上の時刻Ｔｉの誤差ΔＴｉを個別に与え、かつ前記航法データで与えられる誤差関数ｆeiを蓄積するログ手段と、
   前記時系列ｉにおける値が前記誤差ΔＴｉの近似値もしくは前記誤差ΔＴｉであり、かつ前記時系列ｉの逆順に先行する所定の数Ｎの時点において、前記誤差関数ｆeiに対する偏差が既定の範囲に抑えられ、あるいは最小である誤差関数ｆei′で、前記時系列ｉの順に前記誤差関数ｆeiを補完する補完手段と
   を備えたことを特徴とする測位支援装置。
7. 航行衛星の航法データで与えられ、かつ時系列ｉの順に、前記航行衛星によって前記航法データが送信された時刻ｔｉ以降における前記航行衛星上の時刻Ｔｉを蓄積するログ手段と、
   前記時系列ｉにおける値が前記時刻Ｔｉの近似値もしくは前記時刻Ｔｉであり、かつ前記時系列ｉの逆順に先行する所定の数Ｎの時点において、前記ログ手段に蓄積された時刻Ｔｉに対する偏差が既定の範囲に抑えられ、あるいは最小となる誤差関数ｆei′で、前記時系列ｉの順に前記誤差ΔＴｉを与える誤差関数ｆeiを補完する補完手段と
   を備えたことを特徴とする測位支援装置。
8. 航行衛星の航法データで与えられ、かつ時系列ｉの順に、前記航行衛星によって前記航法データが送信された時刻ｔｉ以降における前記航行衛星上の時刻Ｔｉの誤差ΔＴｉを蓄積するログ手段と、
   前記時系列ｉにおける値が前記誤差ΔＴｉの近似値もしくは前記誤差ΔＴｉであり、かつ前記時系列ｉの逆順に先行する所定の数Ｎの時点において、前記ログ手段に蓄積された誤差ΔＴｉに対する偏差が既定の範囲に抑えられ、あるいは最小となる誤差関数ｆei′で、前記時系列の順に前記誤差ΔＴｉを与える誤差関数ｆeiを補完する補完手段と
   を備えたことを特徴とする測位支援装置。