JP2016188792A - Position measuring method and position measuring system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、位置測定方法及び位置測定システムに係り、特に、複数の衛星測位システムが共存するマルチGNSSシステムにより、鉄道の列車のように走行路が限定されている陸上移動体上の位置を特定する場合に、マルチパスの影響を排除し、高精度測位を実現するのに好適な位置測定方法及び位置測定システムに関する。 The present invention relates to a position measuring method and a position measuring system, and in particular, by using a multi-GNSS system in which a plurality of satellite positioning systems coexist, a position on a land mobile body having a limited travel path such as a railway train is specified. In this case, the present invention relates to a position measurement method and a position measurement system suitable for eliminating the influence of multipath and realizing high-precision positioning.
地球上の人工衛星を利用して、受信機の位置を特定することにより、位置を計測する衛星測位システム(Global Navigation Satellite System:GNSS)は、カーナビナビゲーションシステムに利用されたり、携帯電話に搭載されるなど、広く利用されている。このような衛星測位システムで、最も著名であり、広く利用されているものに、米国によって運用されているGPS(Global Positioning System)がある。一方、衛星測位システムは、各国でも構築がすすんでおり、我が国でも、準天頂衛星システムが実用化に向けて構築中であり、GPSを補完するシステムとして期待されている。このように、衛星測位システムは、将来、複数の衛星システムが共存する環境であるマルチGNSSに移行するということが関係者の基本認識になっている。 A satellite positioning system (Global Navigation Satellite System: GNSS) that uses satellites on the earth to determine the position of a receiver and that is used in car navigation systems or on mobile phones. It is widely used. Among such satellite positioning systems, the most famous and widely used is the GPS (Global Positioning System) operated by the United States. On the other hand, satellite positioning systems are being constructed in various countries, and in Japan, quasi-zenith satellite systems are being constructed for practical use, and are expected as systems that complement GPS. As described above, it is a basic recognition of the parties concerned that the satellite positioning system will shift to multi-GNSS, which is an environment in which a plurality of satellite systems coexist in the future.
ところで、衛星測位システムによる計測では、マルチパスよる誤差が大きな問題となる。マルチパスとは、衛星から送信された電波が建造物、地表等に反射・回折して、複数の伝送経路から電波が受信される現象である。例えば、特許文献1には、受信データに含まれる擬似距離の変化量により、マルチパスによる誤差要因を判定し、その除去と補正処理を行うGPS特定装置が開示されている。また、特許文献2には、マルチパスの影響を除去するために、捕捉した候補衛星について、擬似距離の変化量と、ドップラシフト周波数に基づく候補衛星と車両との相対移動量との乖離により、測位に使用する衛星を選択する車両位置計測システムが開示されている。
By the way, in the measurement by the satellite positioning system, an error due to multipath becomes a big problem. Multipath is a phenomenon in which radio waves transmitted from a satellite are reflected and diffracted on a building, the surface of the earth, etc., and are received from a plurality of transmission paths. For example,
従来、マルチパスの判定手法として、基準局と移動局の衛星からの受信信号強度を比較して、マルチパス成分が含まれることの判定を行う手法が利用されてきた。この手法においては、信号強度比較を行うために同一のGPS信号処理部とGPSアンテナの使用や、信号強度比較のための通信装置が必要となる制約があった。 Conventionally, as a multipath determination method, a method of determining whether a multipath component is included by comparing the received signal strengths from satellites of a reference station and a mobile station has been used. In this method, there is a restriction that the use of the same GPS signal processing unit and the GPS antenna and a communication device for comparing the signal strength are necessary to perform the signal strength comparison.
また、移動局において、特許文献1のように、衛星からの受信信号に含まれる擬似距離の変化や信号強度の低下によりマルチパス成分が含まれることを検知する手法においては、マルチパス成分が含まれない場合でも信号強度が低下する現象が見られることや、信号強度が低下せずにマルチパス成分を含んでいる場合もあり得るために、そのような場合には、位置精度の低下を検知できない。そのため、精度の悪い位置情報が得られてしまい、信頼性が低くなるという問題点があった。
Further, in the method of detecting a multipath component included in a mobile station due to a change in pseudorange included in a received signal from a satellite or a decrease in signal strength, as in
また、特に、鉄道などの測位による位置特定においては、マルチパスによりGPSの測位性能が劣化した場合でも、列車がその測位位置にいる可能性を排除せず位置情報を利用することが安全上必要となるため、位置精度が低下したデータを使わざるを得ないという問題点があった。 In particular, in the location determination by positioning such as railways, even if the GPS positioning performance deteriorates due to multipath, it is necessary for safety to use the location information without excluding the possibility that the train is at the positioning location. For this reason, there is a problem in that it is necessary to use data whose position accuracy is lowered.
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、走行路が限定される鉄道列車などの陸上移動体を衛星測位するときに、マルチパスの影響を排除して、位置精度の高い衛星測位を行うことのできる位置測定方法及びそのシステムを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to eliminate the influence of multipaths when satellite positioning is performed on land mobile objects such as railway trains with limited travel routes. An object of the present invention is to provide a position measuring method and system capable of performing satellite positioning with high position accuracy.
本発明に係る位置測定方法ないしそのシステムは、好ましくは、複数の人工衛星から電波を受信し、解析することにより定められた軌道上を運行する移動体の位置を測定するものであって、移動体に搭載した衛星信号受信機と、位置測定装置とを備え、軌道の形状を表し、区分された在線区間毎に番号を記憶する線路形状データと、在線区間毎に、移動体から見て人工衛星から受信する電波の遮蔽物の位置を表す遮蔽方位角・仰角データとを保持している。
衛星信号受信機が、人工衛星から受信した電波に基づき、人工衛星毎のデータを位置測定装置に出力し、さらに位置測定装置は、人工衛星毎のデータから、衛星信号受信機の位置を計算する。次に、位置測定装置が、計算された衛星信号受信機の位置と、軌道形状データとに基づき、移動体の属する在線区間の番号を求め、さらに位置測定装置は、計算された衛星信号受信機の位置と、人工衛星毎のデータから、移動体から見た複数の人工衛星の位置を計算する。
そして、位置測定装置が、求められた移動体の属する在線区間の番号と、複数の人工衛星の位置と、遮蔽データとに基づき、移動体が受信する電波が遮蔽物で遮蔽される人工衛星を求め、さらに位置測定装置は、移動体が受信する電波が遮蔽物で遮蔽される人工衛星を除いた人工衛星の人工衛星毎のデータに基づき、衛星信号受信機の位置を計算する。
The position measuring method or system according to the present invention preferably measures the position of a moving body that operates on a predetermined orbit by receiving and analyzing radio waves from a plurality of artificial satellites. A satellite signal receiver mounted on the body and a position measurement device, representing the shape of the orbit, storing track number data for each segmented track section, and each track segment being artificially viewed from the moving body It holds shielding azimuth / elevation angle data representing the position of the shield of radio waves received from the satellite.
The satellite signal receiver outputs the data for each artificial satellite to the position measuring device based on the radio wave received from the artificial satellite, and the position measuring device calculates the position of the satellite signal receiver from the data for each artificial satellite. . Next, the position measuring device obtains the number of the existing line section to which the moving body belongs based on the calculated position of the satellite signal receiver and the orbital shape data, and the position measuring device further calculates the position of the calculated satellite signal receiver. And the positions of a plurality of artificial satellites as viewed from the moving object are calculated from the position of each satellite and the data for each artificial satellite.
Then, the position measuring device detects an artificial satellite in which radio waves received by the mobile body are shielded by a shielding object based on the determined number of the existing section to which the mobile body belongs, the positions of the plurality of artificial satellites, and the shielding data. Further, the position measuring device calculates the position of the satellite signal receiver based on the data for each artificial satellite of the artificial satellite excluding the artificial satellite in which the radio wave received by the moving body is shielded by the shielding object.
本発明によれば、走行路が限定される鉄道列車などの陸上移動体を衛星測位するときに、マルチパスの影響を排除して、位置精度の高い衛星測位を行うことのできる位置測定方法及びそのシステムを提供することができる。 According to the present invention, when performing satellite positioning on a land mobile body such as a railroad train whose traveling route is limited, a position measuring method capable of performing satellite positioning with high positional accuracy by eliminating the influence of multipath and That system can be provided.
以下、本発明に係る一実施形態を、図1ないし図12を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.
本発明の一実施形態に係る位置測定システムは、複数の人工衛星から発せられる電波を、衛星信号受信機により受信して、自らの位置を求める衛星測位システムを前提とするものである。衛星測位は、一般に、人工衛星測位からの信号を受信した際に、その衛星との距離を把握し(伝播路の電波が伝わる時間より求める)、自位置の座標(X,Y,Z)及び時計の誤差(t:時間の誤差を考慮に入れるのは、受信機の時計は誤差が大きく補正が必要なため)を特定する技術である。そして、この4つの変数を算出するために、最低4機の人工衛星を必要とする。一般に、衛星信号受信機が受信できる人工衛星の数は、測定誤差を排除するためには、多ければ多いほど望ましいが、本発明は、特に、マルチパスの影響のある人工衛星の情報を排除するために、測定できる衛星が多く得られるマルチGNSS環境(例えば、GPSと、準天頂衛星システムのハイブリッド環境)での運用が望ましいことに留意する。 The position measurement system according to an embodiment of the present invention is premised on a satellite positioning system that receives radio waves emitted from a plurality of artificial satellites by a satellite signal receiver and obtains its own position. In general, satellite positioning, when receiving a signal from an artificial satellite positioning, grasps the distance to the satellite (determined from the time of propagation of radio waves in the propagation path), and coordinates (X, Y, Z) of its own position and This is a technique for identifying a clock error (t: the time error is taken into account because the receiver clock has a large error and needs to be corrected). In order to calculate these four variables, at least four artificial satellites are required. In general, the greater the number of satellites that can be received by the satellite signal receiver, the more desirable to eliminate measurement errors. However, the present invention specifically eliminates information on satellites that are affected by multipath. Therefore, it should be noted that operation in a multi-GNSS environment (for example, a hybrid environment of GPS and a quasi-zenith satellite system) where many satellites that can be measured are obtained is desirable.
先ず、図1ないし図3を用いて、本発明の一実施形態に係る位置測定システムについて説明する。図1は、一実施形態に係る位置測定システムの機能構成図である。図2は、衛星信号受信機のハードウェア構成図である。図3は、位置測定装置のハードウェア構成図である。 First, a position measurement system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a functional configuration diagram of a position measurement system according to an embodiment. FIG. 2 is a hardware configuration diagram of the satellite signal receiver. FIG. 3 is a hardware configuration diagram of the position measurement apparatus.
本実施形態に係る位置測定システムでは、図1に示されように、衛星信号受信機10、位置測定装置100からなり、衛星信号受信機10は、鉄道の列車などの定められた軌道を運行する交通手段に搭載され、測定されることを前提としている。
As shown in FIG. 1, the position measurement system according to the present embodiment includes a
衛星信号受信機(以下、単に「受信機」ともいう)10は、人工衛星(以下、単に「衛星」ともいう)st1,st2,st3,st4,…から発せられる衛星電波を受信し、所定のフォーマット(rawデータ)により出力する装置である。人工衛星からの電波は、一般に、周波数帯としては、GHz帯が用いられ、情報としては、衛星の識別コード、航法メッセージ(衛星の軌道情報)が含まれる。 A satellite signal receiver (hereinafter also simply referred to as “receiver”) 10 receives satellite radio waves emitted from artificial satellites (hereinafter also simply referred to as “satellite”) st1, st2, st3, st4,. It is a device that outputs in a format (raw data). Radio waves from artificial satellites generally use the GHz band as a frequency band, and information includes a satellite identification code and a navigation message (satellite orbit information).
位置測定装置100は、衛星信号受信機10から出力される衛星毎データ(rawデータ)d1に基づいて、測位結果d4を出力する装置である。測位結果d4は、詳細には図示していないが、列車運行システム500に入力され、踏み切り位置や信号位置の警告や関連する制御の元データとなる。
The position measuring
受信機位置計算部182は、衛星毎データd1に基づいて受信機の位置(正確には、衛星信号受信機10のアンテナの位置)具体的には、規定の座標系での三次元座標を求める部分である。本実施形態では、受信機位置計算部182は、(緯度、経度、高さ)で表される座標を出力するものとする。
The receiver
衛星位置データ生成部184は、衛星毎データd1と、受信機位置計算部182で計算した受信機位置に基づいて、受信機から見た衛星の位置を求める部分である。衛星位置は、受信機から見た(仰角、方位角)で表される。
The satellite position
区間マッピング部186は、受信機位置計算部182で計算した受信機位置と、線路形状データ(軌道形状データ)d3(後述)から受信機を搭載する列車がどの線路の区間(以下、「在線区間」という)に属するかを判定する部分である。
The
衛星抽出部188は、区間マッピング部186により求められた在線区間番号と、遮蔽方位角・仰角データd2(後述)に基づき、マルチパスの影響を排除するために、再計算時に受信機位置計算に用いない衛星を求める部分である。
The
次に、図2を用いて衛星信号受信機10のハードウェア構成について説明する。
衛星信号受信機10は、図2に示されるように、アンテナ201、高周波増幅部202、周波数変換器203、中間周波増幅部204、A−D変換器205、局部発信器206、コード相関部207、演算部208からなる。
Next, the hardware configuration of the
As shown in FIG. 2, the
衛星信号受信機10においては、人工衛星st1,st2,st3,st4,…から発せられる衛星電波をアンテナ201で受信する。受信した信号は、高周波増幅部202で増幅され、局部発信器205からの信号と、周波数変換器(ミキサー)203により混合されて、中間周波数信号に変換される。そして、中間周波数信号は、中間周波増幅部204で増幅され、A−D変換器205により、デジタル信号に変換される。コード相関部207では、各衛星固有のコード(C/Aコード)の復調が行われる。演算部208では、航法メッセージの復調、衛星の軌道演算、位置演算などを行う。なお、本実施形態では、位置測定装置100に衛星毎データ(rawデータ)d1を出力し、位置演算は、位置測定装置100側で行うものとして説明しているが、位置測定装置100が衛星信号受信機10の位置演算機能を利用するような構成にしてもよい。
In the
次に、図3を用いて、位置測定装置100のハードウェア構成について説明する。
位置測定装置100のハードウェア構成としては、例えば、図3に示されるような一般的なパーソナルコンピュータなどの情報処理装置で実現される。
Next, the hardware configuration of the
The hardware configuration of the
位置測定装置100は、CPU(Central Processing Unit)102、主記憶装置104、ネットワークI/F106、表示I/F108、入出力I/F110、補助記憶I/F112、シリアルI/F114が、バスにより結合された形態になっている。CPU102は、位置測定装置100の各部を制御し、主記憶装置104に必要なプログラムをロードして実行する。主記憶装置104は、通常、RAMなどの揮発メモリで構成され、CPU102が実行するプログラム、参照するデータを記憶する。ネットワークI/F106は、ネットワーク60と接続するためのインタフェースである。位置特定装置100は、ネットワーク60を介して、測位結果を列車運行システムのサーバや制御装置(いずれも図示せず)などに送信する。
The
表示I/F108は、LCD(Liquid Crystal Display)などの表示装置120を接続するためのインタフェースである。入出力I/F110は、入出力装置を接続するためのインタフェースである。図3の例では、キーボード130とポインティングデバイスのマウス132が接続されている。補助記憶I/F112は、HDD(Hard Disk Drive)150やSSD(Solid State Drive)などの補助記憶装置を接続するためのインタフェースである。
シリアルI/F114は、例えば、USB(Universal Serial Bus)インタフェースである。シリアルI/F114に、衛星信号受信機10が接続されており、衛星毎データd1を受取るようになっている。
The display I /
The serial I /
HDD150は、大容量の記憶容量を有しており、本実施形態を実行するためのプログラムが格納されている。位置測定装置100には、位置測定プログラム160がインストールされている。位置測定プログラム160は、図1で説明した、受信機位置計算部182、衛星位置データ生成部184、区間マッピング部186、衛星抽出部188を、それぞれ実現するための受信機位置計算モジュール162、衛星位置データ生成モジュール164、区間マッピングモジュール166、衛星抽出モジュール168と、衛星信号受信機10と接続するための受信機インタフェースモジュール170を有するソフトウェア構成になっている。また、データとしては、図1に示した、遮蔽方位角・仰角データd2、線路形状データd3が格納されている。
The
次に、図4ないし図6を用いて、一実施形態に係る位置測定システムに用いられるデータ構造について説明する。図4は、線路形状データの一例を示す図である。図5は、衛星位置データの一例を示す図である。図6は、遮蔽方位角・仰角データの一例を示す図である。
本実施形態では、線路を擬似的な折れ線の線分として捕らえ、線路形状データd1は、その線分の頂点の一方を表すものと約束する。線路形状データd1は、緯度、経度、キロ程、在線区間のフィールドからなる。
Next, a data structure used in the position measurement system according to the embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of line shape data. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of satellite position data. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of shielding azimuth / elevation angle data.
In the present embodiment, the line is captured as a pseudo line segment, and the line shape data d1 promises to represent one of the vertices of the line segment. The line shape data d1 includes fields of latitude, longitude, kilometer, and existing line section.
緯度、経度は、それぞれ在線区間の緯度、経度を表しており、キロ程は、線路の長さである。在線区間は、その区間を現す番号を表している。例えば、第1番目のレコードは、緯度=(北緯)38度02分50.550秒、経度=(東経)140度08分55.532秒から100.000mの線路が在線区間1であり、No3のレコードは、緯度=(北緯)38度02分51.860秒、経度=(東経)140度08分55.874秒から135.711mの線路が在線区間2であることを示している。また、複線の場合は、上り線(図4(a))、下り線ごと(図4(b))に、線路形状データd1を保持するものとする。在線区間は、例えば、線路の近隣の遮蔽物や駅間などを意識して作成される。
Latitude and longitude represent the latitude and longitude of the current section, respectively, and the kilometer is the length of the track. The standing line section represents a number representing the section. For example, in the first record, the latitude = (north latitude) 38 degrees 02 minutes 50.550 seconds, the longitude = (east longitude) 140 degrees 08 minutes 55.532 seconds to 100.000 m is the
衛星位置データd5は、受信機から見た各衛星の仰角・方位角がどの区分に属するかを表現するデータである。衛星位置データd5は、例えば、図5に示されるように、6×12のマトリックスで示される。ここで、ai(i=0,…,11)は、方位角が、それぞれ30[度]×i以上、30×(i+1)[度]未満の範囲を表しており、bj(j=0,…,5)は、仰角が、15[度]×j以上、15×(j+1)[度]未満の範囲を表している。ここで、仰角は、地平線を基準線とし、方位角は、北向きの線を基準としている。そして、マトリックスの中の数字は、衛星を識別するための番号であり、0は衛星が無いことを表しており、複数あるものは複数の衛星が所在することを意味している。例えば、仰角が0度以上15度未満、方位角が270度以上300度未満(b0,a9)には、衛星番号2の衛星があり、仰角が30度以上45度未満、方位角が210度以上240度未満(b0,a7)には、衛星番号4と8の衛星があることを示している。なお、衛星位置データd5は、リアルタイムで時々刻々と更新される。
The satellite position data d5 is data representing which section the elevation angle / azimuth angle of each satellite viewed from the receiver belongs to. The satellite position data d5 is represented by a 6 × 12 matrix, for example, as shown in FIG. Here, a i (i = 0,..., 11) represents a range in which the azimuth is 30 [degree] × i or more and less than 30 × (i + 1) [degree], respectively, and b j (j = 0,..., 5) represents a range in which the elevation angle is 15 [degrees] × j or more and less than 15 × (j + 1) [degrees]. Here, the elevation angle is based on the horizon, and the azimuth is based on the north-facing line. The numbers in the matrix are numbers for identifying satellites. 0 indicates that there are no satellites, and a plurality of satellites means that a plurality of satellites are present. For example, there is a satellite with
遮蔽方位角・仰角データd4は、各在線区間毎に、線路の周辺の遮蔽物、例えば、ビル、トンネル、高木、その他の高層建築物などにより、測位のための遮蔽となる現況を表現するためのデータであり、衛星位置データd5と同様に、受信機から見た各衛星の仰角・方位角を区分する6×12のマトリックスで示される。ここで、ai(i=0,…,11)は、方位角が、それぞれ30[度]×i以上、30×(i+1)[度]未満の範囲を表しており、bj(j=0,…,5)は、仰角が、15[度]×j以上、15×(j+1)[度]未満の範囲を表すことは、衛星位置データd5と同様である。各マトリックスの要素の0は、その位置にある衛星が、遮蔽物の影響を受けずに測位に用いることができ、各マトリックスの要素の1は、逆に、その位置にある衛星が、遮蔽物の影響を受けているため、測位に用いることは好ましくないことを表している。例えば、在線区間1では、仰角=0度以上15度未満((b0,a0)〜(b0,a11))、仰角=15度以上30度未満、方位角0度以上240度未満((b1,a0)〜(b0,a9))、仰角=30度以上45度未満、方位角30度以上90度未満((b2,a1),(b2,a2))の所にビル、高木などの遮蔽物があることをイメージしており、在線区間2では、トンネルがあるなどの状況をイメージしており、全ての衛星が測位に用いることができないことを示している。
Shielding azimuth / elevation angle data d4 is used to represent the current state of shielding for positioning by means of shielding around the track, such as buildings, tunnels, Takagi, and other high-rise buildings, for each section of the track. Similar to the satellite position data d5, this data is represented by a 6 × 12 matrix that classifies the elevation angle and azimuth angle of each satellite viewed from the receiver. Here, a i (i = 0,..., 11) represents a range in which the azimuth is 30 [degree] × i or more and less than 30 × (i + 1) [degree], respectively, and b j (j = 0,..., 5) is the same as the satellite position data d5 in that the elevation angle represents a range of 15 [degrees] × j or more and less than 15 × (j + 1) [degrees]. The
次に、図7ないし図12を用いて、一実施形態に係る位置測定システムが、位置測定を行う処理について説明する。図7は、位置測定を行う処理を説明するフローチャートである。図8は、受信機位置の結果から、在線区間を求める様子を示す図である。図9は、衛星データの表現する衛星位置をイメージする模式図である。図10は、遮蔽方位角・仰角データの表現する遮蔽物をイメージする模式図である。図11は、遮蔽により影響を被る衛星をイメージする模式図である。図12は、列車と線路状況の様子を表す図である。 Next, processing in which the position measurement system according to the embodiment performs position measurement will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a flowchart illustrating a process for performing position measurement. FIG. 8 is a diagram illustrating a state in which a standing section is obtained from the result of the receiver position. FIG. 9 is a schematic diagram for imagining the satellite position expressed by the satellite data. FIG. 10 is a schematic diagram for imagining the shielding object represented by the shielding azimuth / elevation angle data. FIG. 11 is a schematic diagram of an image of a satellite that is affected by shielding. FIG. 12 is a diagram illustrating a train and track situation.
位置測定装置100の処理は、図3に示したCPU100が位置測定プログラム160の各モジュールを実行することにより行われる。
The processing of the
先ず、位置測定装置100は、衛星信号受信機10から衛星毎データ(rawデータ)d1を読み込む。そして、衛星測位の基本的アルゴリズムにより、受信機の位置(アンテナの位置)を求める(S01)。受信機の位置は、受信機の位置測定装置100で求めてもよいし、衛星信号受信機10側で求めるインタフェースを用意して、位置測定装置100がコマンドを発行し、その答えを受取るようにしてもよい。
First, the
次に、受信機の位置から在線区間の番号を求める(S02)。具体的には、求められた受信機の位置(緯度、経度)から、図4で示される線路形状データを参照し、図8に示されるように、受信機の位置(緯度、経度)から線路に垂線を下ろして、最も近い在線区間が該当の在線区間となる。図8の例では、在線区間1が該当の在線区間である。
Next, the number of the line segment is obtained from the position of the receiver (S02). Specifically, referring to the line shape data shown in FIG. 4 from the determined receiver position (latitude and longitude), as shown in FIG. 8, the line from the receiver position (latitude and longitude) A perpendicular line is dropped and the nearest existing section becomes the corresponding existing section. In the example of FIG. 8, the standing
次に、S01で求めた受信機の位置、S02で求めた在線区間の番号と、衛星毎d1のデータから受信機(すなわち、列車)の位置から見た衛星の仰角、方位角を求めて、図5に示した衛星位置データd5を生成する(S03)。図5に示した衛星位置データd5では、衛星データの表現する衛星位置をイメージすると、図9のようになる。 Next, the elevation angle and azimuth angle of the satellite viewed from the position of the receiver (that is, the train) are obtained from the position of the receiver obtained in S01, the number of the line segment obtained in S02, and the data of each satellite d1, The satellite position data d5 shown in FIG. 5 is generated (S03). In the satellite position data d5 shown in FIG. 5, the image of the satellite position represented by the satellite data is as shown in FIG.
次に、図6に示した遮蔽方位角・仰角データd2と、S03で求められた衛星位置データd5に基づいて、測位から除去する衛星を特定する(S04)。すなわち、遮蔽方位角・仰角データd2で、1の値の要素に属する衛星が除去する衛星となる。具体的には、図11のイメージ図で、×と表記された場所の衛星、在線区間3(図11(c))では、(b0,a9)にある衛星番号=2の衛星、(b0,a10)にある衛星番号=9の衛星、(b3,a5)にある衛星番号=7の衛星が測位から除去される衛星として特定される。ここで、図11のイメージ図は、図9に示した衛星位置のイメージ図と、図10の遮蔽物を表すイメージ図を重ね合わせたものになっていることに留意する。 Next, the satellite to be removed from the positioning is specified based on the shielding azimuth / elevation angle data d2 shown in FIG. 6 and the satellite position data d5 obtained in S03 (S04). That is, the satellite belonging to the element having the value of 1 in the shielding azimuth / elevation angle data d2 is a satellite to be removed. Specifically, in the image diagram of FIG. 11, the satellite of the location indicated by ×, the satellite of satellite number = 2 in (b 0 , a 9 ) in the in-zone section 3 (FIG. 11C), (b The satellite with satellite number = 9 in 0 , a 10 ) and the satellite with satellite number = 7 in (b 3 , a 5 ) are identified as satellites to be removed from positioning. Here, it should be noted that the image diagram of FIG. 11 is obtained by superimposing the image diagram of the satellite position shown in FIG. 9 and the image diagram representing the shielding object of FIG.
そして、除去されなかった衛星、遮蔽方位角・仰角データd2で、1の値の要素に属する衛星の衛星毎データd1を取り出して、受信機位置を再計算する(S05)。 Then, the satellite-specific data d1 of the satellite belonging to the element of 1 value is extracted from the satellite that has not been removed and the shielding azimuth / elevation angle data d2, and the receiver position is recalculated (S05).
具体的には、図11のイメージ図で、●で表記された場所の衛星、在線区間3で(図11(c))は、(b3,a1)にある衛星番号=12の衛星、(b4,a3)にある衛星番号=19の衛星、(b2,a7)にある衛星番号=4,8の衛星、(b3,a9)にある衛星番号=193の衛星が再計算に用いられる衛星である。このように、受信機位置(列車位置)から見て、遮蔽された衛星のデータが位置計算から除去されることにより、マルチパスの影響が排除され、測位精度を向上させることができる。 Specifically, in the image diagram of FIG. 11, the satellite of the location indicated by ●, the in-line section 3 (FIG. 11C) is the satellite of satellite number = 12 in (b 3 , a 1 ), ( The satellite with satellite number = 19 in b 4 , a 3 ), the satellite with satellite number = 4,8 in (b 2 , a 7 ), and the satellite with satellite number = 193 in (b 3 , a 9 ) It is a satellite used for calculation. As described above, when the data of the shielded satellite is removed from the position calculation as viewed from the receiver position (train position), the influence of multipath is eliminated and the positioning accuracy can be improved.
そして、S05で求めた測位結果は、列車運行システム500に出力され(S06)、踏み切り位置や信号位置の警告や関連する制御の元データとなる。 And the positioning result calculated | required by S05 is output to the train operation system 500 (S06), and becomes the original data of the warning of a crossing position or a signal position and related control.
在線区間のモデルと、線路の近傍と遮蔽物の関係を示すと、図12に示されるようになる。在線区間1は、下り線において、駅A700から始まり、トンネル600の手前までになっている。トンネル600に対しては、測定のために余裕距離が置かれている。在線区間1には、線路の近傍に、ビル602、高木601の遮蔽物がある。在線区間2は、トンネル600手前からトンネル600の後までになっており、トンネルがあるため、図6(b)で示したように、測位は不可能な地点になっている。在線区間3は、トンネル600の後から、駅B701の手前までになっており、在線区間1と同様に、遮蔽物として、ビル602、高木601があり、在線区間1と比べると遮蔽物の影響がやや多くなっている。
FIG. 12 shows the model of the standing line section and the relationship between the vicinity of the track and the shielding object. The standing
以上説明してきたように、本実施形態によれば、マルチパスによる衛星測位の測位性能の劣化や遮蔽物による遮蔽の発生を位置計算処理で、最終的に排除するため、マルチパスを含まない衛星信号のみにより高精度な位置精度を保つことが可能になる。 As described above, according to the present embodiment, a satellite that does not include a multipath is used to finally eliminate the positioning performance degradation of the satellite positioning due to the multipath and the occurrence of the shielding due to the shielding object by the position calculation process. It becomes possible to maintain high-precision position accuracy only by the signal.
特に、今後は、マルチGNSSシステムが普及して来て、測定に用いることのできる人工衛星が増えてくるため、遮蔽物に電波が遮られる人工衛星を排除しても、測位のために、十分な衛星の数が確保できることが期待される。そのため、本発明の意義は大きなものになってくる。 In particular, in the future, multi-GNSS systems will become widespread, and the number of artificial satellites that can be used for measurement will increase. It is expected that a sufficient number of satellites can be secured. Therefore, the significance of the present invention becomes significant.
10…衛星電波受信機、60…ネットワーク、100…位置測定装置、102…CPU(Central Processing Unit)、104…主記憶装置、106…ネットワークI/F、108…表示I/F、110…入出力I/F、112…補助記憶I/F、114…シリアルI/F、
160…位置測定プログラム、162…受信機位置計算モジュール、164…衛星位置データ生成モジュール、166…区間マッピングモジュール、168…衛星抽出モジュール、
182…受信機位置計算部、184…衛星位置データ生成部、186…区間マッピング部、188…衛星抽出部、
201…アンテナ、202…高周波増幅部、203…中間周波増幅部、204…A−D変換器、205…局部発信器、206…コード相関部、207…演算部、
d1…衛星毎データ(rawデータ)、d2…遮蔽方位角・仰角データ、d3…線路形状データ、d4…測位結果。
DESCRIPTION OF
160 ... Position measurement program, 162 ... Receiver position calculation module, 164 ... Satellite position data generation module, 166 ... Section mapping module, 168 ... Satellite extraction module,
182 ... Receiver position calculation unit, 184 ... Satellite position data generation unit, 186 ... Section mapping unit, 188 ... Satellite extraction unit,
DESCRIPTION OF
d1 ... satellite data (raw data), d2 ... shielding azimuth / elevation angle data, d3 ... line shape data, d4 ... positioning results.
Claims (4)
前記位置測定システムは、前記移動体に搭載した衛星信号受信機と、位置測定装置と、を備え、前記軌道の形状を表し、区分された在線区間毎に番号を記憶する軌道形状データと、前記在線区間毎に、前記移動体から見て人工衛星から受信する電波の遮蔽物の位置を表す遮蔽データと、を保持し、
前記衛星信号受信機が、前記人工衛星から受信した電波に基づき、前記人工衛星毎のデータを前記位置測定装置に出力するステップと、
前記位置測定装置が、前記人工衛星毎のデータから、前記衛星信号受信機の位置を計算するステップと、
前記位置測定装置が、前記計算された前記衛星信号受信機の位置と、前記軌道形状データとに基づき、前記移動体の属する在線区間の番号を求めるステップと、
前記位置測定装置が、前記計算された前記衛星信号受信機の位置と、前記人工衛星毎のデータから、前記移動体から見た前記複数の人工衛星の位置を計算するステップと、
前記位置測定装置が、前記求められた移動体の属する在線区間の番号と、前記複数の人工衛星の位置と、前記遮蔽データとに基づき、前記移動体が受信する電波が遮蔽物で遮蔽される人工衛星を求めるステップと、
前記位置測定装置が、前記移動体が受信する電波が遮蔽物で遮蔽される人工衛星を除いた人工衛星の人工衛星毎のデータに基づき、前記衛星信号受信機の位置を計算するステップと、を有することを特徴とする位置測定方法。 A position measurement method for a position measurement system that measures the position of a moving object that travels on an orbit determined by receiving and analyzing radio waves from a plurality of satellites,
The position measurement system includes a satellite signal receiver mounted on the mobile body and a position measurement device, and represents the shape of the orbit, and orbit shape data for storing a number for each segmented track section; For each standing section, shielding data representing the position of the shielding object of the radio wave received from the artificial satellite as seen from the mobile body, and
The satellite signal receiver outputs data for each artificial satellite to the position measuring device based on radio waves received from the artificial satellite;
The position measuring device calculates the position of the satellite signal receiver from the data for each artificial satellite; and
The position measuring device, based on the calculated position of the satellite signal receiver and the orbit shape data, to determine the number of the existing line section to which the mobile body belongs;
The position measuring device calculates the position of the plurality of artificial satellites viewed from the mobile body from the calculated position of the satellite signal receiver and data for each artificial satellite;
The position measuring device shields radio waves received by the moving body with a shielding object based on the determined number of the existing section to which the moving body belongs, the positions of the plurality of artificial satellites, and the shielding data. Seeking an artificial satellite;
The position measuring device calculates the position of the satellite signal receiver based on the data for each artificial satellite of the artificial satellite excluding the artificial satellite in which the radio wave received by the mobile body is shielded by a shielding object; A position measuring method characterized by comprising:
前記移動体に搭載した衛星信号受信機と、位置測定装置と、を備え、
前記軌道の形状を表し、区分された在線区間毎に番号を記憶する軌道形状データと、前記在線区間毎に、前記移動体から見て人工衛星から受信する電波の遮蔽物の位置を表す遮蔽データと、を保持し、
前記衛星信号受信機が、前記人工衛星から受信した電波に基づき、前記人工衛星毎のデータを前記位置測定装置に出力し、
前記位置測定装置は、前記人工衛星毎のデータから、前記衛星信号受信機の位置を計算し、
前記位置測定装置が、前記計算された前記衛星信号受信機の位置と、前記軌道形状データとに基づき、前記移動体の属する在線区間の番号を求め、
前記位置測定装置が、前記計算された前記衛星信号受信機の位置と、前記人工衛星毎のデータから、前記移動体から見た前記複数の人工衛星の位置を計算し、
前記位置測定装置が、前記求められた移動体の属する在線区間の番号と、前記複数の人工衛星の位置と、前記遮蔽データとに基づき、前記移動体が受信する電波が遮蔽物で遮蔽される人工衛星を求め、
前記位置測定装置が、前記移動体が受信する電波が遮蔽物で遮蔽される人工衛星を除いた人工衛星の人工衛星毎のデータに基づき、前記衛星信号受信機の位置を計算することを特徴とする位置測定システム。 A position measurement system that measures the position of a moving object that travels on a predetermined orbit by receiving and analyzing radio waves from a plurality of artificial satellites,
A satellite signal receiver mounted on the mobile body, and a position measuring device,
Orbital shape data that represents the shape of the orbit and stores a number for each segmented line section, and shielding data that represents the position of a shield for radio waves received from an artificial satellite as viewed from the mobile body for each line segment. And hold
The satellite signal receiver outputs the data for each artificial satellite to the position measuring device based on the radio wave received from the artificial satellite,
The position measuring device calculates the position of the satellite signal receiver from the data for each artificial satellite,
The position measuring device obtains the number of the existing section to which the moving body belongs, based on the calculated position of the satellite signal receiver and the orbit shape data,
The position measuring device calculates the positions of the plurality of artificial satellites viewed from the mobile body from the calculated position of the satellite signal receiver and data for each artificial satellite,
The position measuring device shields radio waves received by the moving body with a shielding object based on the determined number of the existing section to which the moving body belongs, the positions of the plurality of artificial satellites, and the shielding data. Seeking an artificial satellite,
The position measuring device calculates the position of the satellite signal receiver based on data for each artificial satellite of an artificial satellite excluding an artificial satellite in which radio waves received by the mobile body are shielded by a shield. Position measurement system.
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