JP2015219087A - 測位装置および測位方法 - Google Patents

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【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S4 No)、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S4 Yes)、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S7 Yes)、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S7 No)、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。ti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tkとし、tkに対応する測定結果をR(tk)とする。tkの前後x秒間の第1の測定結果をR1(t1),R1(t2),…,R1(tk-1),R1(tk),R1(tk+1),…,R1(tn)としたとき、R1(t1),R1(t2),…,R1(tk-1),R1(tk),R1(tk+1),…,R1(tn)を平均した値を統計値R1mとして求める。また、tkの前後x秒間の第2の測位結果をR2(t1),R2(t2),…,R2(tk-1),R2(tk),R2(tk+1),…,R2(tn)としたとき、R2(t1),R2(t2),…,R2(tk-1),R2(tk),R2(tk+1),…,R2(tn)を平均した値を統計値R2mとして求める。そして、R1(tk)と統計値R1mとの差(差の絶対値)D1、R2(tk)と統計値R2m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(tk)を出力し、D1がD2より大きい場合には、第2の測位結果R2(tk)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R2m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R1mを用い、R1(tk)と統計値R1mとの差、R2(tk)と統計値R1m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(tk),R2(tk)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S14 No)、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S14 Yes)、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S17 Yes)、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S17 No)、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 (6)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
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