JP2015087227A - Positioning method and positioning device - Google Patents

Positioning method and positioning device Download PDF

Info

Publication number
JP2015087227A
JP2015087227A JP2013225520A JP2013225520A JP2015087227A JP 2015087227 A JP2015087227 A JP 2015087227A JP 2013225520 A JP2013225520 A JP 2013225520A JP 2013225520 A JP2013225520 A JP 2013225520A JP 2015087227 A JP2015087227 A JP 2015087227A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
value
signal
captured satellite
positioning
index value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013225520A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
史和 佐野
Fumikazu Sano
史和 佐野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2013225520A priority Critical patent/JP2015087227A/en
Publication of JP2015087227A publication Critical patent/JP2015087227A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the positioning error by multipath in positioning calculation using a Kalman filter.SOLUTION: Kalman filter processing is performed using a position and speed of a GPS receiver 10 as state vectors PosX and VelX, and using a received code phase of capture satellite signal as an observed value Z. The position R value as an error of the observed value Z (code phase) is set using (1) the distance difference ΔL between a pseudo distance L1 of the capture satellite signal and a geometric distance L2 based on the geometric positional relationship between a GPS satellite S and the GPS receiver 10, and (2) the signal intensity of the capture satellite signal.

Description

本発明は、測位方法等に関する。   The present invention relates to a positioning method and the like.

測位用信号を利用した測位システムとして、GPS(Global Positioning System)が広く知られている。GPSでは、複数のGPS衛星の位置や各GPS衛星までの擬似距離等の情報を用いた位置計算を行って、GPS受信機の位置やクロックバイアスを求めている。このような測位用信号を利用した位置算出の手法としては、カルマンフィルターを用いた手法が広く知られている。例えば特許文献1には、受信したGPS衛星信号の受信周波数及びコード位相を観測値とするカルマンフィルターを用いた位置算出手法が開示されている。   A GPS (Global Positioning System) is widely known as a positioning system using positioning signals. In GPS, position calculation using information such as the positions of a plurality of GPS satellites and pseudo distances to the respective GPS satellites is performed to obtain the position and clock bias of the GPS receiver. As a position calculation method using such positioning signals, a method using a Kalman filter is widely known. For example, Patent Document 1 discloses a position calculation method using a Kalman filter whose observation values are the reception frequency and code phase of a received GPS satellite signal.

特開2009−92540号公報JP 2009-92540 A

ところで、GPSの測位誤差の大きな要因の一つとして、マルチパスがある。マルチパスは、GPS衛星信号が、建物や地面等への反射や回折による間接波信号として受信される現象である。   Incidentally, multipath is one of the major causes of GPS positioning errors. Multipath is a phenomenon in which a GPS satellite signal is received as an indirect wave signal due to reflection or diffraction on a building or the ground.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、カルマンフィルターを用いた測位演算において、マルチパスによる測位誤差を低減させることである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to reduce a positioning error due to multipath in a positioning calculation using a Kalman filter.

上記課題を解決するための第1の形態は、各捕捉衛星について、測位装置と当該捕捉衛星との間の距離を幾何学的位置関係から求めた幾何学距離と、当該捕捉衛星から前記測位装置までの信号伝搬時間を用いて求めた擬似距離との差を算出することと、各捕捉衛星について、前記測位装置による当該捕捉衛星の捕捉衛星信号の強度と、当該捕捉衛星に係る前記差とを用いて、当該捕捉衛星信号の誤差を示す指標値を算出することと、各捕捉衛星の捕捉衛星信号と、前記指標値とを用いて測位することと、を含み、前記指標値を算出することは、前記差が前記幾何学距離よりも前記擬似距離が長く、且つ、前記強度が所定の弱信号条件を満たす場合には、前記指標値を、当該捕捉衛星信号の誤差が大きいことを示す第1の値とすることと、前記差が前記幾何学距離よりも前記擬似距離が短く、且つ、前記強度が所定の強信号条件を満たす場合には、前記指標値を、当該捕捉衛星信号の誤差が小さいことを示す第2の値とすることとを含む測位方法である。   A first form for solving the above-described problem is that, for each captured satellite, a geometric distance obtained from a geometric positional relationship between the positioning device and the captured satellite, and the positioning device from the captured satellite. Calculating the difference from the pseudorange obtained using the signal propagation time until, and, for each captured satellite, the intensity of the captured satellite signal of the captured satellite by the positioning device and the difference related to the captured satellite Calculating an index value indicating an error of the captured satellite signal, and using the captured satellite signal of each captured satellite and positioning using the index value, and calculating the index value If the difference is longer than the geometric distance and the pseudorange is greater and the intensity satisfies a predetermined weak signal condition, the index value indicates that the error of the captured satellite signal is large. A value of 1 and the above When the pseudorange is shorter than the geometric distance and the intensity satisfies a predetermined strong signal condition, the index value is a second value indicating that the error of the captured satellite signal is small. Positioning method.

また、他の発明として、各捕捉衛星について、測位装置と当該捕捉衛星との間の距離を幾何学的位置関係から求めた幾何学距離と、当該捕捉衛星から前記測位装置までの信号伝搬時間を用いて求めた擬似距離との差を算出する差算出部と、各捕捉衛星について、前記測位装置による当該捕捉衛星の捕捉衛星信号の強度と、当該捕捉衛星に係る前記差とを用いて、当該捕捉衛星信号の誤差を示す指標値を算出する誤差指標値算出部であって、前記差が前記幾何学距離よりも前記擬似距離が長く、且つ、前記強度が所定の弱信号条件を満たす場合には、前記指標値を、当該捕捉衛星信号の誤差が大きいことを示す第1の値とし、前記差が前記幾何学距離よりも前記擬似距離が短く、且つ、前記強度が所定の強信号条件を満たす場合には、前記指標値を、当該捕捉衛星信号の誤差が小さいことを示す第2の値とする誤差指標値算出部と、を備え、各捕捉衛星の捕捉衛星信号と、前記指標値とを用いて測位する測位装置を構成しても良い。   As another invention, for each captured satellite, the geometric distance obtained from the geometric positional relationship between the positioning device and the captured satellite, and the signal propagation time from the captured satellite to the positioning device are calculated. A difference calculating unit that calculates a difference from the pseudo distance obtained by using the captured satellite signal intensity of the captured satellite by the positioning device and the difference related to the captured satellite for each captured satellite, An error index value calculation unit for calculating an index value indicating an error of a captured satellite signal, wherein the difference is longer than the geometric distance and the intensity is a predetermined weak signal condition. The index value is a first value indicating that the error of the captured satellite signal is large, the difference is shorter than the geometric distance, the pseudo distance is shorter, and the intensity is a predetermined strong signal condition. If it does, An error index value calculation unit that sets a second value indicating that the error of the captured satellite signal is small, and a positioning device that performs positioning using the captured satellite signal of each captured satellite and the index value It may be configured.

この第1の形態等によれば、測位装置と捕捉衛星との間の距離を幾何学的位置関係から求めた幾何学距離と信号伝搬時間を用いて求めた擬似距離との差、及び、捕捉衛星信号の強度を用いて、捕捉衛星信号の誤差を示す指標値を算出し、この指標値を用いた測位が行われる。マルチパスが生じている場合には、幾何学距離と擬似距離との差が大きくなるため、指標値は誤差が大きいことを示す値となる。これにより、マルチパスによる測位誤差を低減させて測位精度の向上が図れる。   According to the first aspect and the like, the difference between the geometric distance obtained from the geometric positional relationship between the positioning device and the acquisition satellite and the pseudo distance obtained using the signal propagation time, and the acquisition An index value indicating an error of the captured satellite signal is calculated using the intensity of the satellite signal, and positioning using the index value is performed. When multipath occurs, the difference between the geometric distance and the pseudo distance becomes large, and the index value is a value indicating that the error is large. Thereby, the positioning error can be reduced and the positioning accuracy can be improved.

また、擬似距離が幾何学距離より長く、且つ、信号強度が弱い場合は、マルチパス環境にあると推定できる。このような場合には、指標値を、受信した捕捉衛星信号の誤差が大きいことを示す第1の値とすることができる。   In addition, when the pseudo distance is longer than the geometric distance and the signal strength is weak, it can be estimated that the multipath environment exists. In such a case, the index value can be a first value indicating that the error of the received captured satellite signal is large.

また、測位位置の誤りによる測位誤差の低減が可能となる。つまり、擬似距離が幾何学距離より短く、且つ、信号強度が強い場合には、測位装置の測位位置が誤っているとみなせる。このような場合には、指標値を、捕捉衛星信号の誤差が小さいことを示す第2の値とすることができる。   In addition, it is possible to reduce positioning errors due to positioning position errors. That is, when the pseudo distance is shorter than the geometric distance and the signal strength is strong, it can be considered that the positioning position of the positioning device is incorrect. In such a case, the index value can be a second value indicating that the error of the captured satellite signal is small.

また、第2の形態として、前記指標値を前記第1の値とすることは、前記差が前記幾何学距離よりも前記擬似距離が所定の長大条件を満たすほど長く、且つ、前記強度が前記所定の弱信号条件を満たす場合に、前記指標値を前記第1の値とすることである、測位方法を構成しても良い。   Further, as a second form, the index value is the first value when the difference is longer than the geometric distance so that the pseudo distance satisfies a predetermined length condition, and the strength is If a predetermined weak signal condition is satisfied, a positioning method may be configured in which the index value is set to the first value.

この第3の形態によれば、更なる条件として、擬似距離が幾何学距離よりも所定の長大条件を満たすほど長い場合に、指標値を第1の値とする。擬似距離が幾何学距離よりも長いとしてもその差が微差である場合には、必ずしもマルチパスの影響とみなせない。このため、擬似距離が幾何学距離に対して充分“長い”場合に、指標値を、捕捉衛星信号の誤差が大きいことを示す第1の指標値とするのである。   According to the third embodiment, as a further condition, the index value is set to the first value when the pseudo distance is longer than the geometric distance so as to satisfy a predetermined length condition. Even if the pseudo distance is longer than the geometric distance, if the difference is a slight difference, it cannot be regarded as a multipath effect. Therefore, when the pseudo distance is sufficiently “long” with respect to the geometric distance, the index value is set as the first index value indicating that the error of the captured satellite signal is large.

また、第3の形態として、前記指標値を第2の値とすることは、前記差が前記幾何学距離よりも前記擬似距離が所定の短小条件を満たすほど短く、且つ、前記強度が前記所定の強信号条件を満たす場合に、前記指標値を前記第2の値とすることである、測位方法を構成しても良い。   In addition, as a third aspect, setting the index value to the second value means that the difference is shorter than the geometric distance so that the pseudo distance satisfies a predetermined short condition, and the intensity is the predetermined value. When the strong signal condition is satisfied, a positioning method may be configured in which the index value is set to the second value.

この第3の形態によれば、更なる条件として、擬似距離が幾何学距離よりも所定の短小条件を満たすほど短い場合に、指標値を第2の値とする。擬似距離が幾何学距離よりも短いとしてもその差が微差である場合には、必ずしも測位位置が誤っているとはみなせない。このため、擬似距離が幾何学距離に対して充分“短い”場合に、指標値を、捕捉衛星信号の誤差が小さいことを示す第2の指標値とするのである。   According to the third embodiment, as a further condition, the index value is set to the second value when the pseudo distance is shorter than the geometric distance so as to satisfy a predetermined short and short condition. Even if the pseudo distance is shorter than the geometric distance, if the difference is a slight difference, the positioning position cannot always be regarded as incorrect. Therefore, when the pseudo distance is sufficiently “short” with respect to the geometric distance, the index value is set as the second index value indicating that the error of the captured satellite signal is small.

また、第4の形態として、前記測位することは、前記測位装置の位置を状態ベクトルの成分とし、前記擬似距離を観測値とし、前記指標値を測定誤差としたカルマンフィルター処理を実行して測位することである、測位方法を構成しても良い。   Further, as a fourth mode, the positioning may be performed by executing a Kalman filter process using the position of the positioning device as a state vector component, the pseudorange as an observed value, and the index value as a measurement error. A positioning method may be configured.

この第4の形態によれば、カルマンフィルターを用いた測位において、測位装置の位置を状態ベクトルの成分とし、擬似距離を観測値とし、捕捉衛星信号の誤差を示す指標値を測定誤差とすることで、測位精度の向上が可能となる。   According to the fourth embodiment, in the positioning using the Kalman filter, the position of the positioning device is a state vector component, the pseudorange is an observation value, and the index value indicating the error of the captured satellite signal is the measurement error. Thus, the positioning accuracy can be improved.

GPS衛星とGPS受信機との間の距離算出の説明図。Explanatory drawing of distance calculation between a GPS satellite and a GPS receiver. 測位誤差の発生例。Example of occurrence of positioning error. 携帯型電子機器の構成図。1 is a configuration diagram of a portable electronic device. ベースバンド処理回路部の構成図。The block diagram of a baseband process circuit part. メジャメントデータのデータ構成例。An example data structure of measurement data. 信号強度データのデータ構成例。The data structural example of signal strength data. 測位履歴データのデータ構成例。The data structural example of positioning history data. 基準位置R値設定テーブルのデータ構成例。6 is a data configuration example of a reference position R value setting table. KF測位処理のフローチャート。The flowchart of a KF positioning process. 速度補正処理のフローチャート。The flowchart of a speed correction process. 位置補正処理のフローチャート。The flowchart of a position correction process. 位置R値設定処理のフローチャート。The flowchart of a position R value setting process.

[原理]
(A)GPSの概要
測位装置であるGPS受信機は、測位用衛星であるGPS衛星から送信されている測位用信号であるGPS衛星信号を受信し、受信したGPS衛星信号に重畳して搬送されているGPS衛星の軌道情報(エフェメリスやアルマナック)等の航法メッセージに基づいて、GPS衛星の位置や移動方向、速度情報等の衛星情報を算出する。
[principle]
(A) Outline of GPS A GPS receiver that is a positioning device receives a GPS satellite signal that is a positioning signal transmitted from a GPS satellite that is a positioning satellite, and is superimposed on the received GPS satellite signal and conveyed. Based on the navigation message such as the orbit information (ephemeris and almanac) of the GPS satellites, the satellite information such as the position and moving direction of the GPS satellites and the speed information is calculated.

次いで、内蔵している水晶時計により計時されるGPS衛星信号の受信時刻と、当該受信したGPS衛星信号のGPS衛星からの送信時刻との差に基づいて、GPS衛星から自機までの距離(擬似距離)を算出する。信号伝搬時間に基づく距離(擬似距離)の算出である。そして、自機の位置を示す三次元の座標値と、時計誤差との4つのパラメーターの値を、複数のGPS衛星の軌道情報や、各GPS衛星から自機までの距離(擬似距離)等に基づいて算出する測位演算を行うことで、自機の現在位置を測位する。   Next, based on the difference between the reception time of the GPS satellite signal measured by the built-in quartz clock and the transmission time of the received GPS satellite signal from the GPS satellite, the distance from the GPS satellite to its own device (pseudo Distance). This is a calculation of a distance (pseudo distance) based on the signal propagation time. Then, the values of the four parameters, the three-dimensional coordinate value indicating the position of the aircraft and the clock error, are used as the orbit information of a plurality of GPS satellites, the distance from each GPS satellite to the aircraft (pseudo distance), etc. By performing a positioning calculation calculated based on the current position, the current position of the own device is determined.

なお、GPS衛星は、6つの周回軌道面それぞれに4機ずつ配置され、原則地球上のどこからも常時4機以上のGPS衛星が観測できるように運用されている。   In addition, four GPS satellites are arranged on each of the six orbital planes, and in principle, four or more GPS satellites are operated from anywhere on the earth.

ところで、GPS衛星信号を用いた測位では、マルチパスによる測位誤差が問題となる。本実施形態では、受信したGPS衛星信号の誤差(受信信号の擬似距離誤差)を示す指標値を算出し、この指標値を測位演算に用いることで、測位誤差の改善を図っている。指標値は、GPS衛星とGPS受信機との間の距離、及び、GPS受信機におけるGPS衛星信号の受信強度(信号強度)に基づいて設定し、いわば受信したGPS衛星信号の信頼性を示しているとも言える。   By the way, in positioning using GPS satellite signals, positioning error due to multipath becomes a problem. In the present embodiment, an index value indicating an error of the received GPS satellite signal (pseudo distance error of the received signal) is calculated, and this index value is used for positioning calculation, thereby improving the positioning error. The index value is set based on the distance between the GPS satellite and the GPS receiver, and the reception strength (signal strength) of the GPS satellite signal in the GPS receiver, so to speak, it indicates the reliability of the received GPS satellite signal. It can be said that there is.

具体的には、図1に示すように、GPS衛星SとGPS受信機10との間の距離として、擬似距離L1及び幾何学距離L2を算出する。GPS衛星Sの位置PS(xS,yS,zS)は、航法メッセージに基づいて取得する。また、GPS受信機10の位置P2(x2,y2,z2)は、直前の測位演算で算出した測位位置や移動速度等から算出した予測位置とする。なお、測位演算を行って算出した位置が測位位置である。位置P1(x1,y1,z1)は、擬似距離L1から算出されるGPS受信機10の位置である。また、図1及び図2において、信号の直線は擬似距離L1を、破線は幾何学距離L2を示す。また、図2(a)及び図2(b)において、“真値”と記載された位置が正しい位置(或いは正しい位置に近い位置)である。   Specifically, as shown in FIG. 1, the pseudo distance L1 and the geometric distance L2 are calculated as the distance between the GPS satellite S and the GPS receiver 10. The position PS (xS, yS, zS) of the GPS satellite S is acquired based on the navigation message. Further, the position P2 (x2, y2, z2) of the GPS receiver 10 is assumed to be a predicted position calculated from the positioning position calculated by the previous positioning calculation, the moving speed, or the like. The position calculated by performing the positioning calculation is the positioning position. The position P1 (x1, y1, z1) is the position of the GPS receiver 10 calculated from the pseudo distance L1. 1 and 2, the straight line of the signal indicates the pseudo distance L1, and the broken line indicates the geometric distance L2. In FIGS. 2A and 2B, the position described as “true value” is a correct position (or a position close to the correct position).

擬似距離L1は、受信したGPS衛星信号の伝搬時間から算出する。また、幾何学距離L2は、幾何学的位置関係から、次式(1)のように算出する。

Figure 2015087227
The pseudo distance L1 is calculated from the propagation time of the received GPS satellite signal. Further, the geometric distance L2 is calculated from the geometric positional relationship as in the following formula (1).
Figure 2015087227

擬似距離L1と幾何学距離L2との差を、距離差ΔL(=擬似距離L1−幾何学距離L2)、とする。この距離差ΔLと、GPS衛星信号の信号強度とに基づいて、GPS衛星信号の指標値を算出する。図1に示すように、測位誤差が発生していない正常な状態では、擬似距離L1と幾何学距離L2とは一致或いは略一致して距離差ΔLは「0」或いは微小な値となる。   A difference between the pseudo distance L1 and the geometric distance L2 is a distance difference ΔL (= pseudo distance L1−geometric distance L2). Based on the distance difference ΔL and the signal strength of the GPS satellite signal, an index value of the GPS satellite signal is calculated. As shown in FIG. 1, in a normal state in which no positioning error has occurred, the pseudo distance L1 and the geometric distance L2 match or substantially match, and the distance difference ΔL becomes “0” or a minute value.

一方、図2は、何らかの誤差が発生している場合の例である。図2(a)は、予測位置P2が真値で、且つ、マルチパスが生じているいわゆるマルチパス環境の場合である。マルチパスの影響で擬似距離L1が幾何学距離L2よりも長く、距離差ΔLは「正値」となる。また、GPS衛星信号は間接波となるため、信号強度は、正常時と比較して“弱い”(弱信号条件を満たす)。このような場合には、受信しているGPS衛星信号の誤差が大きい(信頼性が低い)とみなし、指標値を、例えば正常時と比較して“大きな値”に設定する。   On the other hand, FIG. 2 shows an example in the case where some error has occurred. FIG. 2A shows a case of a so-called multipath environment where the predicted position P2 is a true value and multipath occurs. The pseudo distance L1 is longer than the geometric distance L2 due to the influence of the multipath, and the distance difference ΔL becomes a “positive value”. Further, since the GPS satellite signal is an indirect wave, the signal strength is “weak” (normally satisfies the weak signal condition) as compared with the normal time. In such a case, the received GPS satellite signal is regarded as having a large error (low reliability), and the index value is set to a “large value”, for example, compared with the normal value.

また、図2(b)は、位置P1が真値で、GPS受信機10の予測位置P2が誤っている場合である。例えば、前回の測位においていわゆる位置飛びが発生したり、算出した速度(速さや方向)が大きく誤った場合である。マルチパスの影響がないとすると、この場合、擬似距離L1は、GPS衛星Sの位置PS(xS,yS,zS)と、GPS受信機10の真の位置P1(x1,y1,z1)との間の距離となる。このため、幾何学距離L2が擬似距離L1よりも長く、距離差ΔLは「負値」となる。また、GPS衛星信号は直接波信号となるため、信号強度は、 “強い”(強信号条件を満たす)。このような場合には、受信しているGPS衛星信号の誤差は小さい(信頼性が高い)とみなして、指標値を、例えば正常時と比較して“小さな値”に設定する。   FIG. 2B shows a case where the position P1 is a true value and the predicted position P2 of the GPS receiver 10 is incorrect. For example, when a so-called position jump occurs in the previous positioning, or the calculated speed (speed or direction) is greatly incorrect. If there is no influence of multipath, in this case, the pseudo distance L1 is the position PS (xS, yS, zS) of the GPS satellite S and the true position P1 (x1, y1, z1) of the GPS receiver 10. The distance between. For this reason, the geometric distance L2 is longer than the pseudo distance L1, and the distance difference ΔL is a “negative value”. Further, since the GPS satellite signal is a direct wave signal, the signal strength is “strong” (strong signal condition is satisfied). In such a case, the error of the received GPS satellite signal is considered to be small (high reliability), and the index value is set to a “small value” as compared with, for example, normal.

(B)測位演算
本実施形態では、カルマンフィルター(KF:Kalman Filter)を用いた測位処理(KF測位処理)を行って現在位置を測位する。カルマンフィルターは、誤差を含む観測値を利用して、時々刻々に変化する状態量を推定する確率理論に基づく推定手法である。本実施形態では、GPS受信機10の状態(位置や速度など)を状態ベクトルXとして予測演算及び補正処理を行って、状態推定値であるGPS受信機10の位置を算出する。
(B) Positioning calculation In this embodiment, a positioning process (KF positioning process) using a Kalman filter (KF: Kalman Filter) is performed to determine the current position. The Kalman filter is an estimation method based on probability theory that estimates an amount of state that changes from moment to moment by using observation values including errors. In the present embodiment, prediction calculation and correction processing are performed using the state (position, velocity, etc.) of the GPS receiver 10 as the state vector X, and the position of the GPS receiver 10 that is a state estimated value is calculated.

カルマンフィルターでは、観測値に誤差が含まれることを前提とし、この観測値に含まれる誤差を観測誤差(R値)として補正処理に反映させる。本実施形態では、GPS衛星信号のコード位相、及び、受信周波数の2つの成分を有するメジャメントを観測値としているため、この2つの成分に含まれる誤差をそれぞれ設定する。具体的には、受信周波数の観測誤差である速度R値と、コード位相の観測誤差である位置R値とを設定する。   The Kalman filter is based on the premise that an error is included in the observed value, and the error included in the observed value is reflected in the correction process as an observation error (R value). In this embodiment, since the measurement having two components of the code phase of the GPS satellite signal and the reception frequency is used as an observation value, an error included in each of these two components is set. Specifically, a speed R value that is an observation error of the reception frequency and a position R value that is an observation error of the code phase are set.

具体的には、図1及び図2を用いて説明した受信しているGPS衛星信号の誤差を示す指標値を、位置R値に反映させる。すなわち、距離差ΔLの正負、及び、GPS衛星信号の受信強度(信号強度)に基づいて、位置R値を変更する。具体的には、距離差ΔLが「正値」であり、且つ、信号強度が“弱い”場合には(図2(a)に相当)、位置R値を増加させるように変更し、距離差ΔLが「負値」であり、且つ、信号強度が“強い”場合には(図2(b)に相当)、位置R値を減少させるように変更する。   Specifically, the index value indicating the error of the received GPS satellite signal described with reference to FIGS. 1 and 2 is reflected in the position R value. That is, the position R value is changed based on the sign of the distance difference ΔL and the reception strength (signal strength) of the GPS satellite signal. Specifically, when the distance difference ΔL is “positive value” and the signal intensity is “weak” (corresponding to FIG. 2A), the position R value is changed to increase, and the distance difference When ΔL is a “negative value” and the signal strength is “strong” (corresponding to FIG. 2B), the position R value is changed to decrease.

[構成]
図3は、本実施形態における携帯型電子機器1の構成図である。この携帯型電子機器1は、身体に装着、或いは、携帯して使用される小型の電子機器であり、例えば、いわゆるランナーズウォッチとよばれる腕時計タイプのウェアラブルコンピューター等によって実現される。図3によれば、携帯型電子機器1は、GPS受信機10と、メイン処理部30と、操作部32と、表示部34と、音出力部36と、時計部38と、通信部40と、メイン記憶部42とを備えて構成される。
[Constitution]
FIG. 3 is a configuration diagram of the portable electronic device 1 in the present embodiment. The portable electronic device 1 is a small electronic device that is worn on the body or carried and used. The portable electronic device 1 is realized by, for example, a wristwatch type wearable computer called a so-called runners watch. According to FIG. 3, the portable electronic device 1 includes a GPS receiver 10, a main processing unit 30, an operation unit 32, a display unit 34, a sound output unit 36, a clock unit 38, and a communication unit 40. The main storage unit 42 is provided.

GPS受信機10は、GPSアンテナ12と、RF受信回路部14と、ベースバンド処理回路部16とを備えて構成され、GPS衛星から発信されているGPS衛星信号を受信して携帯型電子機器1の位置を測位する。   The GPS receiver 10 includes a GPS antenna 12, an RF receiving circuit unit 14, and a baseband processing circuit unit 16, and receives a GPS satellite signal transmitted from a GPS satellite to receive the portable electronic device 1 Measure the position of.

GPSアンテナ12は、GPS衛星から送信されているGPS衛星信号を含むRF(radio Frequency)信号を受信するアンテナである。   The GPS antenna 12 is an antenna that receives an RF (radio frequency) signal including a GPS satellite signal transmitted from a GPS satellite.

RF受信回路部14は、GPSアンテナ12によって受信されたRF信号を中間周波数の信号(IF(Intermediate Frequency)信号)にダウンコンバートし、増幅等した後、デジタル信号に変換して出力する。   The RF receiving circuit unit 14 down-converts an RF signal received by the GPS antenna 12 into an intermediate frequency signal (IF (Intermediate Frequency) signal), amplifies the signal, converts the signal into a digital signal, and outputs the digital signal.

ベースバンド処理回路部16は、RF受信回路部14から入力される受信信号のデータを用いてGPS衛星信号を捕捉・追尾し、捕捉したGPS衛星信号から取り出した時刻情報や衛星軌道情報等を用いて、携帯型電子機器1の位置や時計誤差等を算出する。   The baseband processing circuit unit 16 captures and tracks a GPS satellite signal using the received signal data input from the RF receiving circuit unit 14, and uses time information, satellite orbit information, and the like extracted from the captured GPS satellite signal. Thus, the position of the portable electronic device 1, the clock error, etc. are calculated.

図4は、ベースバンド処理回路部16の構成図である。図4によれば、ベースバンド処理回路部16は、BB処理部100と、BB記憶部200とを有して構成される。   FIG. 4 is a configuration diagram of the baseband processing circuit unit 16. According to FIG. 4, the baseband processing circuit unit 16 includes a BB processing unit 100 and a BB storage unit 200.

BB処理部100は、CPU(Central Processing Unit)やDSP(Digital Signal Processor)等のプロセッサーで実現され、BB記憶部200に記憶されたベースバンドプログラム210に従ってベースバンド処理回路部16の各部を統括的に制御する。また、BB処理部100は、メジャメント取得部110と、KF測位演算部120とを有する。   The BB processing unit 100 is realized by a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or a DSP (Digital Signal Processor), and controls each part of the baseband processing circuit unit 16 according to a baseband program 210 stored in the BB storage unit 200. To control. The BB processing unit 100 includes a measurement acquisition unit 110 and a KF positioning calculation unit 120.

メジャメント取得部110は、RF受信回路部14から入力される受信信号のデータに対して、キャリア除去や相関演算等のデジタル信号処理を行って、GPS衛星(信号)を捕捉する。そして、捕捉したGPS衛星信号の受信周波数やコード位相を含むメジャメント(実測値)を取得する。また、捕捉したGPS衛星信号の信号強度を測定する。メジャメント取得部110によって取得されたメジャメントは、メジャメントデータ230として記憶され、測定された信号強度は、信号強度データ240として記憶される。   The measurement acquisition unit 110 captures GPS satellites (signals) by performing digital signal processing such as carrier removal and correlation calculation on the received signal data input from the RF receiving circuit unit 14. Then, a measurement (measured value) including the reception frequency and code phase of the captured GPS satellite signal is acquired. In addition, the signal strength of the captured GPS satellite signal is measured. The measurement acquired by the measurement acquisition unit 110 is stored as measurement data 230, and the measured signal strength is stored as signal strength data 240.

図5は、メジャメントデータ230のデータ構成例である。図5によれば、メジャメントデータ230は、捕捉衛星231それぞれに、メジャメント実測値232を対応付けて格納している。メジャメント実測値232は、GPS衛星信号の受信周波数F、及び、コード位相CPを含む。   FIG. 5 is a data configuration example of the measurement data 230. According to FIG. 5, the measurement data 230 stores the measurement actual measurement value 232 in association with each captured satellite 231. The actual measurement value 232 includes the reception frequency F of the GPS satellite signal and the code phase CP.

図6は、信号強度データ240のデータ構成例である。図6によれば、信号強度データ240は、捕捉衛星241それぞれに、信号強度242を対応付けて格納している。   FIG. 6 is a data configuration example of the signal strength data 240. According to FIG. 6, the signal strength data 240 stores the signal strength 242 in association with each captured satellite 241.

図4に戻り、KF測位演算部120は、位置R値設定部122を有し、KF測位プログラム212に従ったKF測位処理(図9参照)を行う。KF測位処理では、メジャメント取得部110によって取得された捕捉衛星のメジャメントに基づいて、カルマンフィルターを用いた測位演算を行って、携帯型電子機器1の位置や速度を算出する。測位演算に用いたカルマンフィルターの各種パラメーター(状態ベクトルVelX,PosX、誤差共分散行列VelP,PosP等)は、KFパラメーターデータ250として記憶される。   Returning to FIG. 4, the KF positioning calculation unit 120 includes a position R value setting unit 122 and performs KF positioning processing (see FIG. 9) according to the KF positioning program 212. In the KF positioning process, the position and speed of the portable electronic device 1 are calculated by performing a positioning calculation using a Kalman filter based on the measurement of the captured satellite acquired by the measurement acquisition unit 110. Various parameters (state vectors VelX, PosX, error covariance matrices VelP, PosP, etc.) of the Kalman filter used for the positioning calculation are stored as KF parameter data 250.

また、算出された位置や速度は、測位履歴データ260として蓄積記憶される。図7は、測位履歴データ260のデータ構成例である。図7によれば、測位履歴データ260は、測位時刻261と、位置262と、速度263とを対応付けて格納している。   Further, the calculated position and speed are accumulated and stored as positioning history data 260. FIG. 7 is a data configuration example of the positioning history data 260. According to FIG. 7, the positioning history data 260 stores the positioning time 261, the position 262, and the speed 263 in association with each other.

位置R値設定部122は、KF位置補正処理(図12参照)で用いられる位置R値を設定する。具体的には、GPS衛星から受信したGPS衛星信号の受信強度(信号強度)をもとに、基準位置R値設定テーブル220に従って、基準位置R値を設定する。   The position R value setting unit 122 sets a position R value used in the KF position correction process (see FIG. 12). Specifically, the reference position R value is set according to the reference position R value setting table 220 based on the reception intensity (signal intensity) of the GPS satellite signal received from the GPS satellite.

図8は、基準位置R値設定テーブル220のデータ構成例である。図8によれば、基準位置R値設定テーブル220は、信号強度221と、基準位置R値222とを対応付けて格納している。図8の例では、信号強度が小さいほど、基準位置R値が大きくなるように定められている。   FIG. 8 is a data configuration example of the reference position R value setting table 220. According to FIG. 8, the reference position R value setting table 220 stores the signal intensity 221 and the reference position R value 222 in association with each other. In the example of FIG. 8, it is determined that the reference position R value increases as the signal strength decreases.

位置R値設定部122は、この基準位置R値を変更する。具体的には、GPS衛星信号のコード位相である観測値Zに応じた値を加算して、基準位置R値を更新する。また、携帯型電子機器1が停止している場合に、所定値を加算して基準位置R値を変更する。   The position R value setting unit 122 changes the reference position R value. Specifically, the reference position R value is updated by adding a value corresponding to the observed value Z, which is the code phase of the GPS satellite signal. Further, when the portable electronic device 1 is stopped, a predetermined value is added to change the reference position R value.

更に、GPS衛星と携帯型電子機器1との間の距離、及び、携帯型電子機器1におけるGPS衛星信号の受信強度(信号強度)に基づいて、基準位置R値を変更する。具体的には、受信したGPS衛星信号の送信時刻と受信時刻の時間差から、擬似距離L1を算出する。また、GPS衛星の位置P1と携帯型電子機器1の予測位置P2との幾何学的位置関係から、式(1)に従って、幾何学距離L2を算出する。そして、擬似距離L1と幾何学距離L2との差である距離差ΔLを算出し、判定値Yとする。   Further, the reference position R value is changed based on the distance between the GPS satellite and the portable electronic device 1 and the reception strength (signal strength) of the GPS satellite signal in the portable electronic device 1. Specifically, the pseudo distance L1 is calculated from the time difference between the transmission time and the reception time of the received GPS satellite signal. Further, the geometric distance L2 is calculated from the geometric position relationship between the position P1 of the GPS satellite and the predicted position P2 of the portable electronic device 1 according to the equation (1). Then, a distance difference ΔL that is a difference between the pseudo distance L1 and the geometric distance L2 is calculated and set as a determination value Y.

次いで、判定値Yと、GPS衛星信号の受信強度(信号強度)とに応じて、基準位置R値を変更する。すなわち、判定値Yが「正値」の場合、判定値Yが所定の第1の閾値より大きく(長大条件を満たす)、且つ、GPS衛星信号の信号強度が平均信号強度より小さい(所定の弱信号条件を満たす)ならば、候補値Rt(第1の値)を次式(2)に従って算出する。

Figure 2015087227
そして、この候補値Rt、及び、基準位置R値のうち、大きい方の値を、基準位置R値として設定する。 Next, the reference position R value is changed according to the determination value Y and the reception intensity (signal intensity) of the GPS satellite signal. That is, when the determination value Y is a “positive value”, the determination value Y is larger than a predetermined first threshold value (long condition is satisfied), and the signal strength of the GPS satellite signal is smaller than the average signal strength (predetermined weakness). If the signal condition is satisfied, the candidate value Rt (first value) is calculated according to the following equation (2).
Figure 2015087227
Then, the larger one of the candidate value Rt and the reference position R value is set as the reference position R value.

一方、距離差ΔLが「負値」の場合、判定値Yが所定の第2の閾値より小さく(短小条件を満たす)、且つ、GPS衛星信号の受信強度が平均信号強度より大きい(所定の強信号条件を満たす)ならば、候補値Rt(第2の値)を次式(3)に従って算出する。

Figure 2015087227
そして、この候補値Rt、及び、基準位置R値のうち、小さい方の値を、基準位置R値として設定する。 On the other hand, when the distance difference ΔL is a “negative value”, the determination value Y is smaller than a predetermined second threshold value (satisfaction condition is satisfied), and the GPS satellite signal reception strength is greater than the average signal strength (predetermined strength). If the signal condition is satisfied, a candidate value Rt (second value) is calculated according to the following equation (3).
Figure 2015087227
The smaller value of the candidate value Rt and the reference position R value is set as the reference position R value.

ここで、平均信号強度は、捕捉衛星それぞれの信号強度の平均値である。また、第1の閾値は、非マルチパス環境において強信号である場合の、擬似距離誤差の統計値であり、例えば10mである。第2の閾値は、強・中信号である場合の、擬似距離誤差の統計値であり、例えば20mである。   Here, the average signal strength is an average value of the signal strength of each captured satellite. The first threshold is a statistical value of pseudorange error in the case of a strong signal in a non-multipath environment, and is 10 m, for example. The second threshold is a statistical value of the pseudorange error in the case of a strong / medium signal, and is 20 m, for example.

擬似距離誤差は、座標が既知の位置において、当該座標を用いて求めたGPS衛星SとGPS受信機10との幾何学的距離と、当該位置における擬似距離との差(擬似距離−幾何学的距離)である。つまり、後述の位置R値設定処理(図12)において、ステップD19までの判定でマルチパスである可能性が高いと判定されたときに、受信状況が良好な場合に生じ得る擬似距離誤差と、距離差ΔLとを比較する。また、マルチパスである可能性が低いと判定されたときに、マルチパスを含む条件での擬似距離誤差と距離差ΔLとを比較する。マルチパスの影響の有無をより正確に推定するためである。   The pseudorange error is the difference between the geometric distance between the GPS satellite S and the GPS receiver 10 obtained using the coordinates at a position where the coordinates are known and the pseudorange at the position (pseudorange-geometric Distance). That is, in the position R value setting process (FIG. 12) described later, when it is determined that there is a high possibility of multipath in the determination up to step D19, a pseudo distance error that may occur when the reception state is good, The distance difference ΔL is compared. Further, when it is determined that the possibility of multipath is low, the pseudo-range error under the condition including multipath and the distance difference ΔL are compared. This is to more accurately estimate the presence or absence of multipath effects.

図4に戻り、BB記憶部200は、ROMやRAM等で構成される記憶装置であり、BB処理部100がベースバンド処理回路部16の各部を統括的に制御するためのシステムプログラムや、ベースバンド処理回路部16の各種機能を実現するためのプログラムやデータを記憶するとともに、BB処理部100の作業領域として用いられ、BB処理部100の演算結果等を一時的に格納する。本実施形態では、BB記憶部200には、KF測位プログラム212を含むベースバンドプログラム210と、基準位置R値設定テーブル220と、メジャメントデータ230と、信号強度データ240と、KFパラメーターデータ250と、測位履歴データ260とが記憶される。   Returning to FIG. 4, the BB storage unit 200 is a storage device including a ROM, a RAM, and the like, and a system program for the BB processing unit 100 to control each unit of the baseband processing circuit unit 16 and a base A program and data for realizing various functions of the band processing circuit unit 16 are stored, used as a work area of the BB processing unit 100, and temporarily stores calculation results of the BB processing unit 100. In the present embodiment, the BB storage unit 200 includes a baseband program 210 including a KF positioning program 212, a reference position R value setting table 220, measurement data 230, signal strength data 240, KF parameter data 250, The positioning history data 260 is stored.

図3に戻り、メイン処理部30は、メイン記憶部42に記憶されたシステムプログラム等の各種プログラムに従って、携帯型電子機器1の各部を統括的に制御する。   Returning to FIG. 3, the main processing unit 30 comprehensively controls each unit of the portable electronic device 1 according to various programs such as a system program stored in the main storage unit 42.

操作部32は、タッチパネルやボタンスイッチ等で構成される入力装置であり、ユーザーの操作に応じた操作信号をメイン処理部30に出力する。   The operation unit 32 is an input device configured with a touch panel, a button switch, and the like, and outputs an operation signal corresponding to a user operation to the main processing unit 30.

表示部34は、LCD(Liquid Crystal Display)等で構成される表示装置であり、メイン処理部30からの表示信号に基づく各種表示を行う。   The display unit 34 is a display device configured with an LCD (Liquid Crystal Display) or the like, and performs various displays based on display signals from the main processing unit 30.

音出力部36は、スピーカー等で構成される音出力装置であり、メイン処理部30からの音信号に基づく各種音声出力を行う。   The sound output unit 36 is a sound output device including a speaker or the like, and performs various sound outputs based on the sound signal from the main processing unit 30.

時計部38は、内部時計であり、水晶発振器等を有する発振回路によって構成され、現在時刻や、指定タイミングからの経過時間等を計時する。   The clock unit 38 is an internal clock and is configured by an oscillation circuit having a crystal oscillator or the like, and measures the current time, the elapsed time from the designated timing, and the like.

通信部40は、例えば無線LAN(Local Area Network)やBluetooth(登録商標)等の無線通信装置で構成され、外部機器との通信を行う。   The communication unit 40 is configured with a wireless communication device such as a wireless local area network (LAN) or Bluetooth (registered trademark), and performs communication with an external device.

メイン記憶部42は、ROMやRAM等で構成される記憶装置であり、メイン処理部30が携帯型電子機器1の各部を統括的に制御するためのシステムプログラムや、携帯型電子機器1の各種機能を実現するためのプログラムやデータを記憶するとともに、メイン処理部30の作業領域として用いられ、メイン処理部30の演算結果や、操作部32からの操作データ等を一時的に格納する。   The main storage unit 42 is a storage device configured by a ROM, a RAM, and the like. The main processing unit 30 performs system control for overall control of each unit of the portable electronic device 1 and various types of the portable electronic device 1. A program and data for realizing the functions are stored and used as a work area of the main processing unit 30 to temporarily store calculation results of the main processing unit 30, operation data from the operation unit 32, and the like.

[処理の流れ]
図9は、KF測位処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、KF測位演算部120が、KF測位プログラム212に従って、所定の測位間隔(例えば、1秒)毎に実行する処理である。
[Process flow]
FIG. 9 is a flowchart showing the flow of the KF positioning process. This process is a process executed by the KF positioning calculation unit 120 at predetermined positioning intervals (for example, 1 second) in accordance with the KF positioning program 212.

図9によれば、先ず、初期設定を行う(ステップA1)。具体的には、次式(4),(5)に示すように、携帯型電子機器1の位置を成分とする位置状態ベクトルPosX、及び、速度を成分とする速度状態ベクトルVelXを定義する。

Figure 2015087227
式(4)において、「u,v,w」は、携帯型電子機器1の三次元の速度ベクトル、「d」は、クロックドリフトであり、式(5)において、「x,y,z」は、携帯型電子機器1の三次元の位置ベクトル、「b」は、クロックバイアス、である。 According to FIG. 9, first, initial setting is performed (step A1). Specifically, as shown in the following equations (4) and (5), a position state vector PosX having the position of the portable electronic device 1 as a component and a speed state vector VelX having a speed as a component are defined.
Figure 2015087227
In Expression (4), “u, v, w” is a three-dimensional velocity vector of the portable electronic device 1, “d” is a clock drift, and in Expression (5), “x, y, z” Is a three-dimensional position vector of the portable electronic device 1 and “b” is a clock bias.

また、位置状態ベクトルPosXの誤差共分散行列(状態ノイズ)PosP、及び、速度状態ベクトルVelXの誤差共分散行列(状態ノイズ)VelPを、次式(6),(7)に示すように定義する。式中の添え字「k」は、時刻を表す。

Figure 2015087227
Further, the error covariance matrix (state noise) PosP of the position state vector PosX and the error covariance matrix (state noise) VelP of the velocity state vector VelX are defined as shown in the following equations (6) and (7). . The subscript “k” in the expression represents time.
Figure 2015087227

次いで、携帯型電子機器1の速度を予測する速度予測処理を行う(ステップA3)。具体的には、次式(8),(9)に従って、速度状態ベクトルVelXの予測値VelX、及び、誤差共分散行列VelPの予測値VelPを算出する。

Figure 2015087227
Next, a speed prediction process for predicting the speed of the portable electronic device 1 is performed (step A3). Specifically, the following equation (8), according to (9), the predicted value of the velocity state vector velx velx -, and the prediction value of the error covariance matrix Velp Velp - is calculated.
Figure 2015087227

式(9)において、「VelQ」はプロセスノイズであり、式(10)に示すように定義される。

Figure 2015087227
式(10)において、「A」は、位置、及び、速度用のプロセスノイズ係数、「Df」は、クロックドリフト用のプロセスノイズ係数である。 In Equation (9), “VelQ” is process noise and is defined as shown in Equation (10).
Figure 2015087227
In Expression (10), “A” is a process noise coefficient for position and speed, and “Df” is a process noise coefficient for clock drift.

続いて、予測速度を補正する速度補正処理を行う(ステップA5)。図10は、速度補正処理の流れを示すフローチャートである。速度補正処理では、捕捉衛星それぞれを対象としたループAの処理を繰り返し実行する。   Subsequently, a speed correction process for correcting the predicted speed is performed (step A5). FIG. 10 is a flowchart showing the flow of speed correction processing. In the speed correction process, the loop A process for each captured satellite is repeatedly executed.

ループAでは、先ず、対象捕捉衛星(処理対象とする捕捉衛星)の位置と、速度予測処理で算出された速度状態ベクトルの予測値VelXから得られる携帯型電子機器1の位置とに基づいて、携帯型電子機器1から対象捕捉衛星への視線方向を示す観測行列Hを算出する(ステップB1)。また、対象捕捉衛星からのGPS衛星信号の受信周波数の実測値(メジャメント実測値)を、観測値Zとする(ステップB3)。また、カルマンフィルターの入力値となる観測値Zの測定誤差を示す行列として、観測値Zである受信周波数の誤差(速度R値)として所定値を設定した誤差推定行列Rを設定する(ステップB5)。 In the loop A, first, based on the position of the target capturing satellite (captured satellite to be processed) and the position of the portable electronic device 1 obtained from the predicted value VelX of the speed state vector calculated in the speed prediction process. Then, an observation matrix H indicating the line-of-sight direction from the portable electronic device 1 to the target capturing satellite is calculated (step B1). Further, an actual measurement value (measurement actual measurement value) of the reception frequency of the GPS satellite signal from the target capturing satellite is set as an observation value Z (step B3). Further, an error estimation matrix R in which a predetermined value is set as an error (speed R value) of the reception frequency as the observation value Z is set as a matrix indicating the measurement error of the observation value Z as an input value of the Kalman filter (step B5). ).

次いで、速度予測処理で算出された誤差共分散行列の予測値VelPと、観測行列Hと、誤差推定行列Rとを用いて、次式(11)に従って、カルマンゲインKを算出する(ステップB7)。

Figure 2015087227
Next, the Kalman gain K is calculated according to the following equation (11) using the predicted value VelP of the error covariance matrix calculated in the speed prediction process, the observation matrix H, and the error estimation matrix R (step B7). ).
Figure 2015087227

続いて、速度状態ベクトルの予測値VelXと、カルマンゲインKと、観測値Zと、観測行列Hとを用いて、次式(12)に従って、速度状態ベクトルの補正値VelXを算出する(ステップB9)。

Figure 2015087227
Subsequently, the predicted value of the velocity state vector velx - and, by using the Kalman gain K, the observed value Z, an observation matrix H, in accordance with the following equation (12) calculates a correction value velx speed status vector (step B9).
Figure 2015087227

また、カルマンゲインKと、観測行列Hと、誤差共分散行列の予測値VelPとを用いて、次式(13)に従って、誤差共分散行列VelPの補正値VelPを算出する(ステップB11)。

Figure 2015087227
このように、全ての捕捉衛星を対象としたループAの処理を終了すると、速度補正処理を終了する。 Further, the correction value VelP of the error covariance matrix VelP is calculated according to the following equation (13) using the Kalman gain K, the observation matrix H, and the error covariance matrix predicted value VelP (step B11).
Figure 2015087227
As described above, when the processing of the loop A for all captured satellites is finished, the speed correction processing is finished.

速度補正処理が終了すると、続いて、携帯型電子機器1の位置(予測位置)を予測する位置予測処理を行う(ステップA7)。具体的には、次式(14),(15)に従って、位置状態ベクトルPosXの予測値PosX、及び、誤差共分散行列PosPの予測値PosPを算出する。

Figure 2015087227
When the speed correction process is completed, a position prediction process for predicting the position (predicted position) of the portable electronic device 1 is subsequently performed (step A7). Specifically, the following equation (14), according to (15), the predicted value PosX position state vector PosX -, and the predicted value of the error covariance matrix POSP POSP - is calculated.
Figure 2015087227

式(14),(15)において、「φ」は状態遷移行列であり、前回のKF測位処理からの経過時間「Δt」を成分として含む行列として定義される。また、「PosQ」は、プロセスノイズであり、式(16)に示すように定義される。

Figure 2015087227
式(16)において、「A」は、位置、速度用のプロセスノイズ係数、「Bf」は、クロックバイアス用のプロセスノイズ係数である。 In Expressions (14) and (15), “φ” is a state transition matrix, and is defined as a matrix that includes an elapsed time “Δt” from the previous KF positioning process as a component. “PosQ” is process noise and is defined as shown in Expression (16).
Figure 2015087227
In Expression (16), “A” is a process noise coefficient for position and velocity, and “Bf” is a process noise coefficient for clock bias.

続いて、予測位置を補正する位置補正処理を行う(ステップA9)。図11は、位置補正処理の流れを示すフローチャートである。位置補正処理では、捕捉衛星それぞれを対象としたループBの処理を繰り返し実行する。   Subsequently, position correction processing for correcting the predicted position is performed (step A9). FIG. 11 is a flowchart showing the flow of position correction processing. In the position correction process, the loop B process for each captured satellite is repeatedly executed.

ループBでは、先ず、携帯型電子機器1から対象捕捉衛星への視線方向を示す観測行列Hを算出する(ステップC1)。また、対処捕捉衛星からのGPS衛星信号のコード位相の実測値(メジャメント実測値)を、観測値Zとする(ステップC3)。次いで、位置R値設定部122が位置R値設定処理を行って、位置R値を設定する。(ステップC5)。位置R値設定処理は、指標値を算出することに相当する。   In the loop B, first, an observation matrix H indicating the line-of-sight direction from the portable electronic device 1 to the target capturing satellite is calculated (step C1). Further, an actual measurement value (measurement actual measurement value) of the code phase of the GPS satellite signal from the countermeasure capturing satellite is set as an observation value Z (step C3). Next, the position R value setting unit 122 performs position R value setting processing to set the position R value. (Step C5). The position R value setting process corresponds to calculating an index value.

図12は、位置R値設定処理の流れを示すフローチャートである。図12によれば、先ず、対象捕捉衛星のGPS衛星信号の信号強度に基づいて、基準位置R値を設定する(ステップD1)。次いで、捕捉衛星のコード位相である観測値Zに基づいて、基準位置R値を変更する(ステップD3)。すなわち、信号強度に基づき設定した基準位置R値を、コード位相の観測値Zに基づいて調整する。続いて、携帯型電子機器1が停止しているか否かを判定し、停止しているならば(ステップD5:停止)、所定値を加算して基準位置R値を変更する(ステップD7)。携帯型電子機器1が停止していないならば(ステップD5:移動)、次のステップD7をスキップする。また、全ての捕捉衛星の信号強度の平均値を算出する(ステップD9)、   FIG. 12 is a flowchart showing the flow of the position R value setting process. According to FIG. 12, first, the reference position R value is set based on the signal strength of the GPS satellite signal of the target capturing satellite (step D1). Next, the reference position R value is changed based on the observation value Z which is the code phase of the captured satellite (step D3). That is, the reference position R value set based on the signal intensity is adjusted based on the observed value Z of the code phase. Subsequently, it is determined whether or not the portable electronic device 1 is stopped. If the portable electronic device 1 is stopped (step D5: stop), a predetermined value is added to change the reference position R value (step D7). If the portable electronic device 1 is not stopped (step D5: movement), the next step D7 is skipped. Further, an average value of the signal strengths of all captured satellites is calculated (step D9),

また、対象捕捉衛星と携帯型電子機器1との間の距離として、対象捕捉衛星からのGPS衛星信号の送信時刻と、携帯型電子機器1における当該GPS衛星信号の受信時刻との時間差に基づく擬似距離L1を算出する(ステップD11)。また、捕捉衛星の位置P1と、速度予測処理で算出された速度状態ベクトルの予測値VelXから得られる携帯型電子機器1の予測位置P2とをもとに、幾何学的位置関係である幾何学距離L2を算出する(ステップD13)。そして、擬似距離L1と幾何学距離L2との距離差ΔLを算出して判定値Yとする(ステップD15)。 Further, the distance between the target capturing satellite and the portable electronic device 1 is simulated based on a time difference between the transmission time of the GPS satellite signal from the target capturing satellite and the reception time of the GPS satellite signal in the portable electronic device 1. The distance L1 is calculated (step D11). Moreover, the position P1 of the captured satellite, predicted value VelX speed status vector calculated by the velocity prediction processing - based on the predicted position of the portable electronic device 1 obtained from P2, the geometric positional relationship geometric An academic distance L2 is calculated (step D13). Then, a distance difference ΔL between the pseudo distance L1 and the geometric distance L2 is calculated and set as a determination value Y (step D15).

その後、判定値Yの正負を判定し、「正値」ならば(ステップD17:正(Y>0))、対象捕捉衛星の信号強度と平均信号強度とを比較する(ステップD19)。対象捕捉衛星の信号強度が平均信号強度より小さいならば(ステップD19:YES)、更に、判定値Yと第1閾値とを比較する(ステップD21)。判定値Yが第1閾値より大きいならば(ステップD21:YES)、判定値Yをもとに、「Y×Y」の値を候補値Rtとして算出する(ステップD23)。そして、算出した候補値Rtと基準位置R値とを比較し、基準位置R値が候補値Rtより小さいならば(ステップD25:YES)、候補値Rtを基準位置R値として設定する(ステップD27)。   Thereafter, whether the determination value Y is positive or negative is determined, and if it is “positive value” (step D17: positive (Y> 0)), the signal intensity of the target capturing satellite is compared with the average signal intensity (step D19). If the signal intensity of the target capturing satellite is smaller than the average signal intensity (step D19: YES), the determination value Y is further compared with the first threshold value (step D21). If the determination value Y is larger than the first threshold (step D21: YES), a value “Y × Y” is calculated as the candidate value Rt based on the determination value Y (step D23). Then, the calculated candidate value Rt is compared with the reference position R value, and if the reference position R value is smaller than the candidate value Rt (step D25: YES), the candidate value Rt is set as the reference position R value (step D27). ).

また、対象捕捉衛星の信号強度が平均信号強度以上の場合(ステップD19:NO)、判定値Yが第1閾値以下の場合(ステップD21:NO)、基準位置R値が候補値Rt以上の場合(ステップD25:NO)の何れかの場合には、以降の処理をスキップする。   Further, when the signal strength of the target captured satellite is equal to or higher than the average signal strength (step D19: NO), when the determination value Y is equal to or lower than the first threshold value (step D21: NO), and when the reference position R value is equal to or higher than the candidate value Rt In any case (step D25: NO), the subsequent processing is skipped.

一方、判定値Yが「負値」ならば(ステップD17:負(Y≦0))、対象捕捉衛星の信号強度と平均信号強度とを比較する(ステップD29)。信号強度が平均信号強度より大きいならば(ステップD29:YES)、更に、判定値Yと第2閾値とを比較する(ステップD31)。判定値Yが第2閾値より小さいならば(ステップD31:YES)、判定値Yをもとに、「(0.2×Y)×(0.2×Y)」の値を候補値Rtとして算出する(ステップD33)。そして、算出した候補値Rtと基準位置R値とを比較し、基準位置R値が候補値Rtより大きいならば(ステップD35:YES)、候補値Rtを基準位置R値として設定する(ステップD37)。   On the other hand, if the determination value Y is “negative value” (step D17: negative (Y ≦ 0)), the signal intensity of the target captured satellite is compared with the average signal intensity (step D29). If the signal strength is larger than the average signal strength (step D29: YES), the determination value Y is further compared with the second threshold value (step D31). If the determination value Y is smaller than the second threshold (step D31: YES), the value “(0.2 × Y) × (0.2 × Y)” is set as the candidate value Rt based on the determination value Y. Calculate (step D33). Then, the calculated candidate value Rt is compared with the reference position R value, and if the reference position R value is larger than the candidate value Rt (step D35: YES), the candidate value Rt is set as the reference position R value (step D37). ).

また、対象捕捉衛星の信号強度が平均信号強度以下の場合(ステップD29:NO)、判定値Yが第2閾値以上の場合(ステップD31:NO)、基準位置R値が候補値Rt以下の場合(ステップD35:NO)の何れかの場合には、以降の処理をスキップする。以上の処理を行うと、位置R値設定処理を終了する。   Further, when the signal strength of the target captured satellite is equal to or lower than the average signal strength (step D29: NO), when the determination value Y is equal to or larger than the second threshold value (step D31: NO), and when the reference position R value is equal to or smaller than the candidate value Rt. In any case of (Step D35: NO), the subsequent processing is skipped. When the above process is performed, the position R value setting process is terminated.

位置R値設定処理が終了すると、カルマンフィルターの入力値となる観測値Zの測定誤差を示す行列として、位置R値設定処理において設定した位置R値を設定した誤差推定行列Rを設定する(ステップC7)。   When the position R value setting process ends, an error estimation matrix R in which the position R value set in the position R value setting process is set is set as a matrix indicating the measurement error of the observed value Z that is the input value of the Kalman filter (step C7).

続いて、位置予測処理で算出された誤差共分散行列の予測値PosPと、観測行列Hと、誤差推定行列Rとを用いて、次式(17)に従って、カルマンゲインKを算出する(ステップC9)。

Figure 2015087227
Subsequently, the Kalman gain K is calculated according to the following equation (17) using the predicted value PosP of the error covariance matrix calculated in the position prediction process, the observation matrix H, and the error estimation matrix R (step) C9).
Figure 2015087227

続いて、位置状態ベクトルの予測値PosXと、カルマンゲインKと、観測値Zと、観測行列Hとを用いて、次式(18)に従って、位置状態ベクトルの補正値PosXを算出する(ステップC11)。

Figure 2015087227
Subsequently, the position state vector correction value PosX is calculated according to the following equation (18) using the predicted value PosX of the position state vector, the Kalman gain K, the observed value Z, and the observed matrix H (step) C11).
Figure 2015087227

また、カルマンゲインKと、観測行列Hと、誤差共分散行列の予測値PosPとを用いて、次式(19)に従って、誤差共分散行列の補正値PosPを算出する(ステップC13)。

Figure 2015087227
このように、全ての捕捉衛星を対象としたループBの処理を終了すると、位置補正処理を終了する。 Further, the correction value PosP of the error covariance matrix is calculated according to the following equation (19) using the Kalman gain K, the observation matrix H, and the predicted value PosP of the error covariance matrix (step C13).
Figure 2015087227
As described above, when the process of loop B for all the captured satellites is completed, the position correction process is terminated.

その後、位置算出処理で算出された携帯型電子機器1の位置を出力し(ステップA11)、KF測位処理を終了する。   Thereafter, the position of the portable electronic device 1 calculated in the position calculation process is output (step A11), and the KF positioning process is terminated.

[作用効果]
このように、本実施形態によれば、カルマンフィルターを利用した測位における精度の向上が図れる。すなわち、GPS受信機の位置及び速度を状態ベクトルPosX,VelXとし、受信した捕捉衛星信号のコード位相を観測値Zとしたカルマンフィルター処理を行うが、観測値Z(コード位相)の誤差である位置R値を、(1)捕捉衛星信号の擬似距離L1と、GPS衛星とGPS受信機との幾何学的位置関係に基づく幾何学距離L2との距離差ΔL、及び、(2)捕捉衛星信号の信号強度を用いて設定する。
[Function and effect]
Thus, according to the present embodiment, it is possible to improve accuracy in positioning using the Kalman filter. That is, the position and velocity of the GPS receiver is set to the state vectors PosX and VelX, and the Kalman filter processing is performed with the code phase of the received captured satellite signal as the observation value Z. The R value is determined by (1) the distance difference ΔL between the pseudorange L1 of the captured satellite signal and the geometric distance L2 based on the geometric positional relationship between the GPS satellite and the GPS receiver, and (2) the captured satellite signal Set using signal strength.

なお、本発明の適用可能な実施形態が上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。   It should be noted that embodiments to which the present invention can be applied are not limited to the above-described embodiments, and can of course be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

例えば、衛星測位システムとしてGPSを例に挙げて説明したが、WAAS(Wide Area Augmentation System)、QZSS(Quasi Zenith Satellite System)、GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System)、GALILEO等の他の衛星測位システムであってもよい。   For example, the GPS has been described as an example of the satellite positioning system, but other satellite positioning systems such as WAAS (Wide Area Augmentation System), QZSS (Quasi Zenith Satellite System), GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System), and GALILEO. May be.

1 携帯型電子機器、10 GPS受信機、12 GPSアンテナ、14 RF受信回路部、16 ベースバンド処理回路部、100 BB処理部、110 メジャメント取得部、120 KF測位演算部、122 位置R値設定部、200 BB記憶部、210 ベースバンドプログラム、212 KF測位プログラム、220 基準位置R値設定テーブル、230 メジャメントデータ、240 信号強度データ、250 KFパラメーターデータ、260 測位履歴データ、30 メイン処理部、32 操作部、34 表示部、36 音出力部、38 時計部、40 通信部、42 メイン記憶部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Portable electronic device, 10 GPS receiver, 12 GPS antenna, 14 RF receiving circuit part, 16 Baseband processing circuit part, 100 BB processing part, 110 Measurement acquisition part, 120 KF positioning calculation part, 122 Position R value setting part , 200 BB storage unit, 210 baseband program, 212 KF positioning program, 220 reference position R value setting table, 230 measurement data, 240 signal strength data, 250 KF parameter data, 260 positioning history data, 30 main processing unit, 32 operation Unit, 34 display unit, 36 sound output unit, 38 clock unit, 40 communication unit, 42 main storage unit

Claims (5)

各捕捉衛星について、測位装置と当該捕捉衛星との間の距離を幾何学的位置関係から求めた幾何学距離と、当該捕捉衛星から前記測位装置までの信号伝搬時間を用いて求めた擬似距離との差を算出することと、
各捕捉衛星について、前記測位装置による当該捕捉衛星の捕捉衛星信号の強度と、当該捕捉衛星に係る前記差とを用いて、当該捕捉衛星信号の誤差を示す指標値を算出することと、
各捕捉衛星の捕捉衛星信号と、前記指標値とを用いて測位することと、
を含み、
前記指標値を算出することは、
前記差が前記幾何学距離よりも前記擬似距離が長く、且つ、前記強度が所定の弱信号条件を満たす場合には、前記指標値を、当該捕捉衛星信号の誤差が大きいことを示す第1の値とすることと、
前記差が前記幾何学距離よりも前記擬似距離が短く、且つ、前記強度が所定の強信号条件を満たす場合には、前記指標値を、当該捕捉衛星信号の誤差が小さいことを示す第2の値とすることと、
を含む測位方法。
For each captured satellite, the geometric distance obtained from the geometric positional relationship between the positioning device and the captured satellite, and the pseudo-range obtained using the signal propagation time from the captured satellite to the positioning device, Calculating the difference between
For each captured satellite, calculating an index value indicating an error of the captured satellite signal using the captured satellite signal intensity of the captured satellite by the positioning device and the difference regarding the captured satellite;
Positioning using the captured satellite signal of each captured satellite and the index value;
Including
To calculate the index value,
If the difference is longer than the geometric distance and the pseudorange is greater and the intensity satisfies a predetermined weak signal condition, the index value is a first value indicating that the error of the captured satellite signal is large. Value and
When the difference is shorter than the geometric distance and the pseudorange is shorter and the intensity satisfies a predetermined strong signal condition, the index value is a second value indicating that the error of the captured satellite signal is small. Value and
Positioning method including.
前記指標値を前記第1の値とすることは、前記差が前記幾何学距離よりも前記擬似距離が所定の長大条件を満たすほど長く、且つ、前記強度が前記所定の弱信号条件を満たす場合に、前記指標値を前記第1の値とすることである、
請求項1に記載の測位方法。
The index value is set to the first value when the difference is longer than the geometric distance so that the pseudo distance satisfies a predetermined long condition and the intensity satisfies the predetermined weak signal condition. In addition, the index value is the first value.
The positioning method according to claim 1.
前記指標値を第2の値とすることは、前記差が前記幾何学距離よりも前記擬似距離が所定の短小条件を満たすほど短く、且つ、前記強度が前記所定の強信号条件を満たす場合に、前記指標値を前記第2の値とすることである、
請求項1又は2に記載の測位方法。
The index value is set to the second value when the difference is shorter than the geometric distance so that the pseudo distance satisfies a predetermined short condition and the intensity satisfies the predetermined strong signal condition. The index value is the second value.
The positioning method according to claim 1 or 2.
前記測位することは、前記測位装置の位置を状態ベクトルの成分とし、前記擬似距離を観測値とし、前記指標値を測定誤差としたカルマンフィルター処理を実行して測位することである、
請求項1〜3の何れか一項に記載の測位方法。
The positioning is to perform positioning by executing a Kalman filter process with the position of the positioning device as a state vector component, the pseudo distance as an observation value, and the index value as a measurement error.
The positioning method as described in any one of Claims 1-3.
各捕捉衛星について、測位装置と当該捕捉衛星との間の距離を幾何学的位置関係から求めた幾何学距離と、当該捕捉衛星から前記測位装置までの信号伝搬時間を用いて求めた擬似距離との差を算出する差算出部と、
各捕捉衛星について、前記測位装置による当該捕捉衛星の捕捉衛星信号の強度と、当該捕捉衛星に係る前記差とを用いて、当該捕捉衛星信号の誤差を示す指標値を算出する誤差指標値算出部であって、前記差が前記幾何学距離よりも前記擬似距離が長く、且つ、前記強度が所定の弱信号条件を満たす場合には、前記指標値を、当該捕捉衛星信号の誤差が大きいことを示す第1の値とし、前記差が前記幾何学距離よりも前記擬似距離が短く、且つ、前記強度が所定の強信号条件を満たす場合には、前記指標値を、当該捕捉衛星信号の誤差が小さいことを示す第2の値とする誤差指標値算出部と、
を備え、各捕捉衛星の捕捉衛星信号と、前記指標値とを用いて測位する測位装置。
For each captured satellite, the geometric distance obtained from the geometric positional relationship between the positioning device and the captured satellite, and the pseudo-range obtained using the signal propagation time from the captured satellite to the positioning device, A difference calculation unit for calculating the difference between
For each captured satellite, an error index value calculation unit that calculates an index value indicating an error of the captured satellite signal using the intensity of the captured satellite signal of the captured satellite by the positioning device and the difference related to the captured satellite. When the pseudo distance is longer than the geometric distance and the intensity satisfies a predetermined weak signal condition, the difference between the index value and the captured satellite signal is large. When the pseudo-distance is shorter than the geometric distance and the intensity satisfies a predetermined strong signal condition, the index value is set as an error of the captured satellite signal. An error index value calculation unit serving as a second value indicating a small value;
A positioning device that performs positioning using a captured satellite signal of each captured satellite and the index value.
JP2013225520A 2013-10-30 2013-10-30 Positioning method and positioning device Pending JP2015087227A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013225520A JP2015087227A (en) 2013-10-30 2013-10-30 Positioning method and positioning device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013225520A JP2015087227A (en) 2013-10-30 2013-10-30 Positioning method and positioning device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015087227A true JP2015087227A (en) 2015-05-07

Family

ID=53050164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013225520A Pending JP2015087227A (en) 2013-10-30 2013-10-30 Positioning method and positioning device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2015087227A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106610293A (en) * 2015-10-23 2017-05-03 北斗导航位置服务(北京)有限公司 Indoor positioning method and system based on intensity difference
JP2017194302A (en) * 2016-04-19 2017-10-26 クラリオン株式会社 Position estimation device and estimation method
JP2022028553A (en) * 2020-08-03 2022-02-16 トヨタ自動車株式会社 Server, program, communication device, and vehicle

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106610293A (en) * 2015-10-23 2017-05-03 北斗导航位置服务(北京)有限公司 Indoor positioning method and system based on intensity difference
CN106610293B (en) * 2015-10-23 2019-10-01 北斗导航位置服务(北京)有限公司 A kind of indoor orientation method and system based on intensity difference
JP2017194302A (en) * 2016-04-19 2017-10-26 クラリオン株式会社 Position estimation device and estimation method
JP2022028553A (en) * 2020-08-03 2022-02-16 トヨタ自動車株式会社 Server, program, communication device, and vehicle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5186874B2 (en) POSITIONING METHOD, PROGRAM, POSITIONING DEVICE, AND ELECTRONIC DEVICE
JP5034935B2 (en) POSITIONING METHOD, PROGRAM, POSITIONING DEVICE, AND ELECTRONIC DEVICE
JP5186873B2 (en) POSITIONING METHOD, PROGRAM, POSITIONING DEVICE, AND ELECTRONIC DEVICE
US9651647B2 (en) Navigation track correction
JP5251090B2 (en) POSITIONING METHOD, PROGRAM, AND POSITIONING DEVICE
JP2010151459A (en) Method and device for calculating position
JP6234549B2 (en) Positioning device
JP4985310B2 (en) POSITIONING METHOD, PROGRAM, POSITIONING DEVICE, AND ELECTRONIC DEVICE
JP6069840B2 (en) Moving speed calculation method and moving speed calculation device
JP2014035218A (en) Stop continuation determination method and stop continuation determination device
JP5228433B2 (en) POSITIONING METHOD, PROGRAM, POSITIONING DEVICE, AND ELECTRONIC DEVICE
JP2015087227A (en) Positioning method and positioning device
JP5332333B2 (en) POSITIONING METHOD, PROGRAM, AND POSITIONING DEVICE
JP2008281552A (en) Method and program for calculating and determining first located output position, storage medium, positioning device, and electronic equipment
US9229113B2 (en) Receiving device and correlation integrating method
JP2011179894A (en) Positioning method, positioning program, gnss receiver, and mobile terminal
JP2010164340A (en) Gnss-receiving device and positioning method
WO2018052738A1 (en) Detection of outlier range measurements using spatial displacement data
JP2009097898A (en) Positioning method, program, positioning device, and electronic device
JP2009103489A (en) Positioning method, program, positioning device, and electronic device
US9733362B2 (en) Satellite signal receiver
JP6074917B2 (en) Receiver and code phase determination method
JP2009229293A (en) Positioning method, program, and positioning device
JP2006292653A (en) Positioning device, positioning method, and positioning program
JP2016148594A (en) Correlation processing method, correlation processing circuit, and program