JP2015219087A

JP2015219087A - 測位装置および測位方法

Info

Publication number: JP2015219087A
Application number: JP2014102296A
Authority: JP
Inventors: 雅一宮; Masakazu Miya; 齋藤　雅行; Masayuki Saito; 雅行齋藤; 嘉宏島; Yoshihiro Shima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2014-05-16
Publication date: 2015-12-07
Anticipated expiration: 2034-05-16
Also published as: JP6366357B2

Abstract

【課題】高精度測位の実施率を向上させつつ、高い信頼性を有する測位結果を得ることができる測位装置を得ること。【解決手段】測位衛星から測位情報を受信する測位情報受信部６と、地上回線から測位補強情報を受信する地上回線受信部１と、測位情報と地上回線受信部１により受信した測位補強情報とを用いて測位演算を行うことにより第１の測位結果を算出する測位処理部２と、衛星回線から測位補強情報を受信する衛星回線受信部３と、測位情報と衛星回線受信部３により受信した測位補強情報とを用いて測位演算を行うことにより第２の測位結果を算出する測位処理部４と、第１の測位結果と第２の測位結果とのうちのいずれか一方を選択して測位結果として選択する測位結果選択部５と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、測位装置および測位方法に関する。

センチメータ級精度の高精度測位を行うためには、測位補強情報の利用が必須である。これまでは携帯電話回線など地上回線で測位補強情報を取得する方式（ＦＫＰ（FlaechenKorrekturParameter：面補正パラメータ）方式やＶＲＳ（Virtual Reference Station：仮想基地局）方式などのネットワーク型ＲＴＫ（Real-time Kinematic）方式）が主流であったが、今後は準天頂衛星システムなど衛星回線で測位補強情報を取得する方式（ＤＦ−ＲＴ−ＰＰＰ（Dual Frequency Real Time Precise Point Positioning）方式やＲＴＫ−ＰＰＰ方式などのＳＳＲ（State Space Representation）)方式を利用したサービス拡大が見込まれる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１６３１５号公報

地上回線で測位補強情報を取得する方式は、伝送される測位補強情報の伝送時間が少なく高精度であるという特徴を持つ。しかしながら、この方式には、携帯電話回線のサービス範囲（面積カバー率は日本全国の半分にも満たない）に限定され、高精度測位の実施率を向上させることが難しいといった課題や、測位補強情報の配信センタとユーザとの双方向の通信が必要であるという課題がある。このため、測位補強サービス普及の上で課題がある。

一方、衛星回線で測位補強情報を取得する方式は、衛星回線の電波によるため日本全国をカバーできる放送型であるという特徴を持ち、地上回線の課題を解決するものである。しかしながら、この方式には、データ伝送時間が地上回線よりも長くなるという課題がある。さらに、この方式では、衛星回線の制約からデータ量を圧縮するため、補強対象となる衛星が地上回線を使用する方式よりも少ないことや、測位補強情報の精度が地上回線を使用する方式に対し劣るという課題がある。このため、測位結果の信頼性を高めることが難しい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高精度測位の実施率を向上させつつ、高い信頼性を有する測位結果を得ることができる測位装置および測位方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、測位衛星から測位情報を受信する測位情報受信部と、地上回線から測位補強情報を受信する地上回線受信部と、前記測位情報と前記地上回線受信部により受信した測位補強情報とを用いて測位演算を行うことにより第１の測位結果を算出する第１の測位処理部と、衛星回線から測位補強情報を受信する衛星回線受信部と、前記測位情報と前記衛星回線受信部により受信した測位補強情報とを用いて測位演算を行うことにより第２の測位結果を算出する第２の測位処理部と、前記第１の測位結果と前記第２の測位結果とのうちのいずれか一方を選択して測位結果として選択する測位結果選択部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、高精度測位の実施率を向上させつつ、高い信頼性を有する測位結果を得ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明にかかる測位装置の構成例を示す図である。図２は、実施の形態の測位システムの一例を示す図である。図３は、地上回線と衛星回線のそれぞれのサービスエリアの一例を示す図である。図４は、測位結果選択部の構成例を示す図である。図５は、測位処理手順の一例を示すフローチャートである。図６は、移動体の制御目的の用途で測位を行う場合の測位処理手順の一例を示すフローチャートである。図７は、実施の形態の高精度測位の実施率の向上効果を説明するための図である。図８は、実施の形態の測位の信頼度向上効果を説明するための図である。

以下に、本発明にかかる測位装置および測位方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明にかかる測位装置の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の測位装置１０は、地上回線受信部１、測位処理部２、衛星回線受信部３、測位処理部４、測位結果選択部５および測位情報受信部６を備える。

図２は、本実施の形態の測位システムの一例を示す図である。図２に示すように、本実施の形態の測位装置１０は、測位衛星７から測位情報を受信する。なお、図２では図の簡略化のため複数の測位衛星７のうち１つを示している。また、測位装置１０は、衛星９から測位補強情報を受信可能である。測位補強情報は、例えば測位情報の誤差に関する情報であり、測位情報を用いて測位を行うユーザは、測位補強情報を用いることにより測位の精度を高めることができる。地上局１１は、測位衛星７から受信した測位情報等に基づいて、測位補強情報を求め、測位補強情報を衛星９へ送信する。衛星９は、地上局１１から受信した測位補強情報を地上へ向けて送信する。また、測位装置１０は、地上回線からも測位補強情報を受信可能である。ここでは、地上回線からの測位補強情報の取得形態として、携帯電話回線を用いて取得する例を示しており、測位装置１０は基地局８から測位補強情報を取得する。なお、地上回線からの測位補強情報を取得する方法は携帯電話回線を用いる例に限定されない。

測位装置１０では、地上回線受信部１が地上回線（図２の例では基地局８）から測位補強情報（以下、適宜、第１の測位補強情報という）を受信する。測位情報受信部６は、測位衛星７から測位情報を受信する。測位処理部２（第１の測位処理部）は、測位情報受信部６に受信された測位情報と、地上回線受信部１により受信された測位補強情報とに基づいて測位を行い、測位結果を測位結果選択部５へ出力する。

また、測位装置１０では、衛星回線受信部３が衛星９から測位補強情報（以下、適宜、第２の測位補強情報という）を受信する。測位処理部４（第２の測位処理部）は、測位情報受信部６に受信された測位情報と、衛星回線受信部３により受信された測位補強情報とに基づいて測位を行い、測位結果を測位結果選択部５へ出力する。測位結果選択部５は、測位処理部２から入力された測位結果と、測位処理部４から入力された測位結果とのうちいずれか一方を選択して最終的な測位結果として出力する。

図１および図２に示すように、本実施の形態の測位装置１０は、衛星回線と地上回線の両回線から測位補強情報を受信することができる。図３は、地上回線と衛星回線のそれぞれのサービスエリアの一例を示す図である。図３に示すように、衛星回線では地上回線に比べサービスエリアが広い。一方、衛星回線で測位補強情報を取得する場合、データ伝送時間が地上回線よりも長く、また、測位補強情報の精度が地上回線を使用する方式に対し劣る。本実施の形態では、地上回線から配信される測位補強情報と、衛星回線から配信される測位補強情報とを選択して利用することで、高精度測位の実施率向上と測位結果に対する信頼性の向上を図る。

図４は、本実施の形態の測位結果選択部５の構成例を示す図である。測位結果選択部５は、取得判定部５１、選択部５２、比較部５３および統計処理部５４を備える。図５は、本実施の形態の測位処理手順の一例を示すフローチャートである。図５は、移動体の制御目的以外の用途で測位を行う場合のフローチャートを示している。図４、５を用いて、本実施の形態の測位処理手順を説明する。

地上回線受信部１、衛星回線受信部３は、それぞれ地上回線、衛星回線により測位補強情報を受信することにより、測位補強情報を取得する（ステップＳ１）。なお、フローチャートには含めていないが、測位情報受信部６は、測位衛星７から測位情報を受信しているとする。測位処理部２は、測位情報受信部６が受信した測位情報と地上回線受信部１が取得した測位補強情報とを用いて測位演算を行い、第１の測位結果を算出し、測位結果選択部５へ出力する（ステップＳ２）。測位処理部４は、測位情報受信部６が受信した測位情報と衛星回線受信部３が取得した測位補強情報とを用いて測位演算を行い、第２の測位結果を算出し、測位結果選択部５へ出力する（ステップＳ３）。なお、ステップＳ３では、測位処理部４は、ステップＳ２で用いた地上回線により取得した測位補強情報からＴ秒後に衛星回線受信部３が取得した測位補強情報を用いて測位演算を行う（同期測位）。Ｔの値は、衛星回線の地上回線に対する伝送時間の差の予測値を用いることができる。

測位結果選択部５の取得判定部５１は、地上回線で測位補強情報を取得できた（受信できた）か否かを判定する（ステップＳ４）。具体的には、測位結果選択部５は、例えば測位処理部２から測位結果が入力されたか否かを判断してもよいし、地上回線受信部１が測位補強情報を受信した場合に、測位結果選択部５へ通知するようにしてもよい。

地上回線で測位補強情報を取得できなかったと判定した場合（ステップＳ４Ｎｏ）、取得判定部５１は選択部５２へ地上回線で測位補強情報を取得できなかったことを通知する。選択部５２は、この通知をうけると、第２の測位結果を選択して最終的な測位結果として出力する（ステップＳ５）。

地上回線で測位補強情報を取得できたと判定した場合（ステップＳ４Ｙｅｓ）、取得判定部５１は比較処理を行うよう比較部５３へ指示する。比較部５３は、この通知に基づいて、第１の測位結果と、該第１の測位結果で用いた測位補強情報のＴ秒後に衛星回線から取得した測位補強情報に基づいて演算された第２の測位結果（以下、Ｔ秒後の第２の測位結果と略す）とを比較し、両者の差を求める（ステップＳ６）。比較部５３は、ステップＳ６で求めた差が閾値Scm以下であるか否かを判断し（ステップＳ７）、差が閾値以下の場合（ステップＳ７Ｙｅｓ）、第１の測位結果を選択して最終的な測位結果として出力する（ステップＳ８）。

ステップＳ６で求めた差が閾値より大きい場合（ステップＳ７Ｎｏ）、第１の測定結果と、Ｔ秒後の第２の測位結果とに基づいて前後ｘ秒間の統計値を算出し、第１の測定結果と、Ｔ秒後の第２の測位結果とのうち統計値との差が少ない方を、最終的な測位結果として出力する（ステップＳ９）。ここで、統計値の算出は、例えば、次のように行う。ｔ_iを測定結果に対応する時刻とし、その時点での測位演算対象の時刻をｔ_kとし、ｔ_kに対応する測定結果をＲ（ｔ_k）とする。ｔ_kの前後ｘ秒間の第１の測定結果をＲ₁（ｔ₁），Ｒ₁（ｔ₂），…，Ｒ₁（ｔ_k-1），Ｒ₁（ｔ_k），Ｒ₁（ｔ_k+1），…，Ｒ₁（ｔ_n）としたとき、Ｒ₁（ｔ₁），Ｒ₁（ｔ₂），…，Ｒ₁（ｔ_k-1），Ｒ₁（ｔ_k），Ｒ₁（ｔ_k+1），…，Ｒ₁（ｔ_n）を平均した値を統計値Ｒ_1mとして求める。また、ｔ_kの前後ｘ秒間の第２の測位結果をＲ₂（ｔ₁），Ｒ₂（ｔ₂），…，Ｒ₂（ｔ_k-1），Ｒ₂（ｔ_k），Ｒ₂（ｔ_k+1），…，Ｒ₂（ｔ_n）としたとき、Ｒ₂（ｔ₁），Ｒ₂（ｔ₂），…，Ｒ₂（ｔ_k-1），Ｒ₂（ｔ_k），Ｒ₂（ｔ_k+1），…，Ｒ₂（ｔ_n）を平均した値を統計値Ｒ_2mとして求める。そして、Ｒ₁（ｔ_k）と統計値Ｒ_1mとの差（差の絶対値）Ｄ₁、Ｒ₂（ｔ_k）と統計値Ｒ_2mとの差（差の絶対値）Ｄ₂をそれぞれ求め、差が小さい方を測位結果として出力する。すなわち、Ｄ₁がＤ₂以下の場合には、第１の測位結果Ｒ₁（ｔ_k）を出力し、Ｄ₁がＤ₂より大きい場合には、第２の測位結果Ｒ₂（ｔ_k）を出力する。

なお、以上の統計値の算出方法は一例であり、統計値の算出方法は、上記の例に限定されない。例えば、上記のＲ_2mは算出せずに、統計値として、第１の測位結果と第２の測位結果とで共通してＲ_1mを用い、Ｒ₁（ｔ_k）と統計値Ｒ_1mとの差、Ｒ₂（ｔ_k）と統計値Ｒ_1mとの差のうち、小さい方を測位結果として出力するようにしてもよい。統計値は、Ｒ₁（ｔ_k），Ｒ₂（ｔ_k）のどちらが真値に近いかを検定するための量であり、算出方法は上記の例に限定されない。

以上の手順により、地上回線により測位補強情報が取得できない場合には、衛星回線から取得した測位補強情報を用いた測位結果を出力する。そして、地上回線により測位補強情報が取得できる場合には、第１の測位結果と第２の測位結果との差が閾値以下の場合は第１の測位結果を採用し、第１の測位結果と第２の測位結果の差が閾値より大きい場合には、統計値との差に基づいて第１の測位結果と第２の測位結果のいずれかを選択するようにした。

図５では、移動体の制御目的以外の用途で測位を行う場合のフローチャートを示したが、測位結果を移動体の制御目的に使用する場合等には、測位演算にリアルタイム性が要求される。図６は、移動体の制御目的の用途で測位を行う場合の測位処理手順の一例を示すフローチャートである。図５の例とほぼ同様であるが、以下、図５の例と異なる部分を中心に説明する。

ステップＳ１１は、図５のステップＳ１と同様である。ステップＳ１２，ステップＳ１３はそれぞれ図５のステップＳ２，ステップＳ３と同様であるが、図５の例と異なり、第１の測位結果と第２の測位結果を非同期に算出する。図５の例では、地上回線により取得した測位補強情報のＴ秒後に取得した衛星回線の測位補強情報に基づいて第２の測位結果を算出したが、図６の例ではこの制約はない。したがって、ステップＳ１２，ステップＳ１３は、並列に順序を問わずに実施することができる。

ステップＳ１４は、ステップＳ４と同様に、取得判定部５１は、地上回線で測位補強情報を取得できたか否かを判定する（ステップＳ１４）。地上回線で測位補強情報を取得できなかったと判定した場合（ステップＳ１４Ｎｏ）、取得判定部５１は選択部５２へ地上回線で測位補強情報を取得できなかったことを通知する。選択部５２は、この通知をうけると、第２の測位結果を選択して最終的な測位結果として出力する（ステップＳ１５）。

地上回線で測位補強情報を取得できたと判定した場合（ステップＳ１４Ｙｅｓ）、取得判定部５１は比較処理を行うよう比較部５３へ指示する。比較部５３は、この通知に基づいて、第１の測位結果と、第２の測位結果とを比較し、両者の差を求める（ステップＳ１６）。比較部５３は、ステップＳ１６で求めた差が閾値Scm以下であるか否かを判断し（ステップＳ１７）、差が閾値以下の場合（ステップＳ１７Ｙｅｓ）、第１の測位結果を選択して最終的な測位結果として出力する（ステップＳ１８）。

ステップＳ１６で求めた差が閾値より大きい場合（ステップＳ１７Ｎｏ）、第１の測定結果と、第２の測位結果とに基づいて前ｘ秒間の統計値を算出し、第１の測定結果と、第２の測位結果とのうち統計値との差が少ない方を、最終的な測位結果として出力する（ステップＳ１９）。統計値の求め方については図５の例と同様である。

図７は、本実施の形態の高精度測位の実施率の向上効果を説明するための図である。なお、図７の縦軸は、例えば、それぞれの測位解についての、測位解と任意の基準点からの距離に対応する。図７の点線より左側は、地上回線、衛星回線の両方から測位補強情報を取得できる期間を示し、点線より右側は、衛星回線のみから測位補強情報を取得できる期間を示している。図７の測位解（測位結果）１０１は、衛星回線の測位補強情報を用いて測位を行った測位解（以下、衛星回線の測位解と略す）を示し、測位解１０２は、地上回線の測位補強情報を用いて測位を行った測位解（以下、地上回線の測位解と略す）を示す。図７からわかるように、測位解１０２を算出できる期間は、測位解１０１を算出できる期間より短い。本実施の形態では、地上回線の測位補強情報を取得できない場合には、衛星回線の測位補強情報を用いて測位を行うため、地上回線のみから測位補強情報を取得する方式に比べ、高精度測位を実施できる期間が多く、高精度測位の実施率を向上させることができる。

図８は、本実施の形態の測位の信頼度向上効果を説明するための図である。図８の測位解１０１は、衛星回線の測位解を示し、測位解１０２は、地上回線の測位解を示す。図８では、全部期間で地上回線、衛星回線の両方から測位補強情報を取得できた例を示している。図８の左側と右側の期間では、地上回線の測位解１０２と衛星回線の測位解１０１との差が閾値以内であるため地上回線の測位解１０２が選択される。図８の中央の期間では、地上回線の測位解１０２と衛星回線の測位解１０１との差が閾値を超え、かつ地上回線の測位解と統計値の差が、衛星回線の測位解と統計値の差より大きい例を示している。この場合、地上回線の測位解１０２は選択されず、衛星回線の測位解１０１が選択される。

以上のように、本実施の形態では、地上回線と衛星回線の両方から測位補強情報を取得し、地上回線から測位補強情報を取得できない場合には、衛星回線から取得した測位補強情報を用いた測位結果を出力する。そして、地上回線により測位補強情報が取得できる場合には、第１の測位結果と第２の測位結果との差が閾値以下の場合は第１の測位結果を採用し、第１の測位結果と第２の測位結果の差が閾値より大きい場合には、統計値との差に基づいて第１の測位結果と第２の測位結果のいずれかを選択するようにした。このため、精度測位の実施率を向上させることができるとともに、測位の信頼度を向上させることができる。

以上のように、本発明にかかる測位装置および測位方法は、衛星測位システムに有用であり、特に、高精度測位を行う衛星測位システムに適している。

１地上回線受信部、２，４測位処理部、３衛星回線受信部、５測位結果選択部、６測位情報受信部、７測位衛星、８基地局、９衛星、１０測位装置、１１地上局、５１取得判定部、５２選択部、５３比較部、５４統計処理部。

Claims

測位衛星から測位情報を受信する測位情報受信部と、
地上回線から測位補強情報を受信する地上回線受信部と、
前記測位情報と前記地上回線受信部により受信した測位補強情報とを用いて測位演算を行うことにより第１の測位結果を算出する第１の測位処理部と、
衛星回線から測位補強情報を受信する衛星回線受信部と、
前記測位情報と前記衛星回線受信部により受信した測位補強情報とを用いて測位演算を行うことにより第２の測位結果を算出する第２の測位処理部と、
前記第１の測位結果と前記第２の測位結果とのうちのいずれか一方を選択して測位結果として選択する測位結果選択部と、
を備えることを特徴とする測位装置。
前記測位結果選択部は、地上回線から前記測位補強情報を受信できない場合には、前記第２の測位結果を測位結果として選択することを特徴とする請求項１に記載の測位装置。
前記測位結果選択部は、地上回線により測位補強情報が受信できた場合には、前記第１の測位結果と前記第２の測位結果との差が閾値以下の場合は前記第１の測位結果を測位結果として選択することを特徴とする請求項１または２に記載の測位装置。
前記測位結果選択部は、前記第１の測位結果と前記第２の測位結果との差が前記閾値より大きい場合には、前記第１の測位結果と前記第２の測位結果とのうち少なくともいずれか一方を用いて統計値を算出し、前記第１の測位結果と前記統計値との差が前記第２の測位結果と前記統計値との差より小さい場合前記第１の測位結果を測位結果として選択し、前記第１の測位結果と前記統計値との差が前記第２の測位結果と前記統計値との差より大きい場合前記第２の測位結果を測位結果として選択することを特徴とする請求項３に記載の測位装置。
前記統計値は、前記第１の測位結果に対応する時刻の前後の一定時間の間の時刻に対応する前記第１の測位結果と前記第２の測位結果とのうち少なくともいずれか一方に基づいて算出されることを特徴とする請求項４に記載の測位装置。
測位衛星から測位情報を受信する測位情報ステップと、
地上回線から測位補強情報を受信する地上回線受信ステップと、
前記測位情報と前記地上回線受信ステップで受信した測位補強情報とを用いて測位演算を行うことにより第１の測位結果を算出する第１の測位処理ステップと、
衛星回線から測位補強情報を受信する衛星回線受信ステップと、
前記測位情報と前記衛星回線受信ステップで受信した測位補強情報とを用いて測位演算を行うことにより第２の測位結果を算出する第２の測位処理ステップと、
前記第１の測位結果と前記第２の測位結果とのうちのいずれか一方を選択して測位結果として選択する測位結果選択ステップと、
を含むことを特徴とする測位方法。