JP2020012780A - 測位装置、測位方法、および、測位プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】測位装置が基準局から遠くなっても、測位精度の劣化を抑制する。【解決手段】測位装置は、距離算出部、局部測位補強情報取得部、判定部、および、演算部を備える。距離算出部は、受信した測位信号を用いて、基準局と自装置との距離を算出する。局部測位補強情報取得部は、局部的な領域に有効な局部測位補強情報を取得する。判定部は、距離が切り替え用の閾値よりも大きいか否かを判定する。演算部は、判定部によって距離が閾値以下であることが判定されれば、局部測位補強情報を用いて測位演算を行い、判定部によって距離が閾値よりも大きいことが判定されれば、局部測位補強情報を用いずに測位演算を行う。【選択図】 図１

Description

本発明は、測位用の補強情報を利用した測位技術に関する。

例えば、特許文献１に示すような測位補強システムが提案されている。この測位補強システムは、個別地域毎に測位補強情報を生成する。

測位補強情報は、準天頂衛星を介して、測位装置に提供される。測位装置は、この測位補強情報を用いて、測位を行う。

特開２０１５−１４２６号公報

上述のような測位補強システムでは、基準局の位置の応じたサービスエリアが設定されている。測位補強情報による測位の精度は、サービスエリア内に測位装置が存在する場合に保証されている。

しかしながら、サービスエリア内であっても、測位装置が基準局から離れると、測位補強情報を用いても、測位精度が劣化する場合がある。

したがって、本発明の目的は、測位装置が基準局から遠くなっても、測位精度の劣化を抑制することである。

この発明の測位装置は、距離算出部、局部測位補強情報取得部、判定部、および、演算部を備える。距離算出部は、受信した測位信号を用いて、基準局と自装置との距離を算出する。局部測位補強情報取得部は、局部的な領域に有効な局部測位補強情報を取得する。判定部は、距離が切り替え用の閾値よりも大きいか否かを判定する。演算部は、判定部によって距離が閾値以下であることが判定されれば、局部測位補強情報を用いて測位演算を行い、判定部によって距離が閾値よりも大きいことが判定されれば、局部測位補強情報を用いずに測位演算を行う。

この構成では、基準局と自装置との距離が遠くなる場合に、局部測位補強情報を用いた測位を行わない。これにより、距離が遠い位置で局部測位補強情報を用いることによる意図しない誤差は生じない。

この発明によれば、測位装置が基準局から遠くなっても、測位精度の劣化を抑制できる。

本発明の実施形態に係る測位装置の機能ブロック図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施形態に係る測位装置を含む測位システムの概要を示す図である。 本発明の実施形態に係る測位方法の第１態様を示すフローチャートである 本発明の実施形態に係る測位方法の第２態様を示すフローチャートである 本発明の実施形態に係る測位方法の第３態様を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る測位方法の第３態様の概念を説明する図である。

本発明の実施形態に係る測位装置、測位方法、および、測位プログラムについて、図を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る測位装置の機能ブロック図である。図２は、本発明の実施形態に係る測位装置を含む測位システムの概要を示す図である。図２（Ａ）は、基準局と測位装置との距離が閾値よりも小さい場合を示しており、図２（Ｂ）は、基準局と測位装置との距離が閾値よりも大きい場合を示している。図３は、本発明の実施形態に係る測位方法の概要を示すフローチャートである。

（測位システム１の概要）
測位装置１０は、図２に示すような測位システム１で得られる各種の情報を用いて、測位を行う。図２に示すように、測位システム１は、基準局９１、測位衛星８１、測位衛星８２、および、測位衛星８３を備える。なお、図２では、測位衛星８１、測位衛星８２、および、測位衛星８３は、それぞれ１機ずつしか記載していないが、測位衛星８２は、複数機存在し、測位衛星８１および測位衛星８３は、複数機であることが好ましい。

測位衛星８１は、例えば、準天頂衛星であり、測位信号ＳＳを送信している。測位衛星８１の測位信号ＳＳには、局部的な領域に有効な測位の補強用である局部測位補強情報ＤＮが重畳されている。測位衛星８２は、一般的なＧＮＳＳ（Ｇｒｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の衛星であり、航法メッセージを重畳させた測位信号ＳＳを送信している。測位衛星８３は、所謂、広域ディファレンシャル測位用の衛星であり、測位信号ＳＳを送信している。測位衛星８３の測位信号ＳＳには、局部的な領域よりも広域に有効な測位の補強用である広域測位補強情報ＤＷが重畳されている。広域測位補強情報ＤＷは、例えば、ＳＢＡＳ（Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ−ばせｄ ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）によって得られる補強情報である。

基準局９１は、サブメータ級測位補強サービス（例えば、みちびき）の基準局である。基準局９１の設置位置は、サービスの仕様に基づいて決まっている。したがって、基準局９１の位置は、システムの仕様等に基づいて既知である。基準局９１は、測位衛星８２からの測位信号に基づいて測位を行う。基準局９１は、測位信号を用いて測位した位置と既知の位置とを用いて、擬似距離補正値を含む測位の補強情報ＤＮ９１を生成する。擬似距離補正値は、例えば、測位衛星の時計誤差、電離層遅延誤差、対流圏遅延誤差を含む誤差に基づく補正値として設定されている。基準局９１は、補強情報ＤＮ９１を、測位衛星８１に送信する。

なお、図２では、基準局は、測位装置１０の最も近い１局しか記載していないが、例えば、サブメータ級測位補強サービス（例えば、みちびき）の仕様書等に記載のように、基準局は複数局存在し、各基準局は予め決められた位置に配置されている。そして、各基準局は、補強情報を生成し、測位衛星８１に送信している。測位衛星８１は、各基準局の識別データと各基準局の補強情報とを用いて、局部測位補強情報ＤＮを生成する。なお、局部測位補強情報ＤＮには、基準局の位置を含んでいてもよい。

測位装置１０は、概略的には、測位衛星８１、測位衛星８２、および、測位衛星８３からの測位信号ＳＳを受信して、測位を行う。この際、測位装置１０は、後述の判定に応じて、測位衛星８１からの局部測位補強情報ＤＮを利用して測位（ディファレンシャル測位）を行うか、局部測位補強情報ＤＮを利用せずに測位を行う。測位装置１０は、局部測位補強情報ＤＮを利用しない場合には、広域測位補強情報ＤＷを利用して測位を行うか、広域測位補強情報ＤＷも利用せずに測位を行う。

（測位装置１０の構成および処理）
図１に示すように、測位装置１０は、アンテナ２０、受信部３０、測位部４０、局部測位補強情報取得部５１、および、広域測位補強情報取得部５２を備える。受信部３０は、例えば、電子部品、ＩＣ等によって実現される。測位部４０、局部測位補強情報取得部５１、および、広域測位補強情報取得部５２は、例えば、それぞれの機能を実現するプログラムと、プログラムを記憶する記憶媒体と、プログラムを実行するＣＰＵ等の演算処理装置とによって実現される。

アンテナ２０は、測位衛星８１、測位衛星８２、および、測位衛星８３からの測位信号ＳＳを受波して、受信部３０に出力する。上述のように、測位衛星８１からの測位信号ＳＳには、局部測位補強情報ＤＮが重畳されている。また、測位衛星８３からの測位信号ＳＳには、広域測位補強情報ＤＷが重畳されている。また、測位衛星８１、測位衛星８２、および、測位衛星８３からの測位信号ＳＳには、航法メッセージが重畳されている。

受信部３０は、測位衛星８１、測位衛星８２、および、測位衛星８３の測位信号ＳＳを捕捉、追尾する。受信部３０は、測位衛星８１、測位衛星８２、および、測位衛星８３の測位信号ＳＳのコードを、測位部４０に出力する。受信部３０は、測位衛星８１の測位信号ＳＳのコードを、局部測位補強情報取得部５１に出力する。受信部３０は、測位衛星８３の測位信号ＳＳのコードを、広域測位補強情報取得部５２に出力する。

局部測位補強情報取得部５１は、測位衛星８１の測位信号ＳＳのコードから、局部測位補強情報ＤＮを復調する。局部測位補強情報取得部５１は、局部測位補強情報ＤＮを、測位部４０に出力する。

広域測位補強情報取得部５２は、測位衛星８３の測位信号ＳＳのコードから、広域測位補強情報ＤＷを復調する。広域測位補強情報取得部５２は、広域測位補強情報ＤＷを、測位部４０に出力する。

測位部４０は、距離算出部４１、判定部４２、および、演算部４３を備える。測位衛星８１、測位衛星８２、および、測位衛星８３の測位信号ＳＳのコードは、距離算出部４１に入力される。局部測位補強情報ＤＮおよび広域測位補強情報ＤＷは、演算部４３に入力される。

距離算出部４１は、コードを用いて測位を行う。距離算出部４１で行われる測位は、距離算出用の単独測位である。距離算出部４１は、算出した位置と基準局９１の位置とから、測位装置１０と基準局９１との距離ＤＩＳを算出する。距離算出部４１は、距離ＤＩＳを判定部４２に出力する。

判定部４２は、閾値Ｄｔｈを予め記憶している。閾値Ｄｔｈは、サブメータ級測位補強サービスのサービスエリアを定義する距離に基づいて決定されている。閾値Ｄｔｈは、サービスエリアを定義する距離Ｌｓよりも小さく設定されている。例えば、閾値Ｄｔｈは、距離Ｌｓの約８０％から約９０％に設定されている。この値は、一例であり、例えば、局部測位補強情報ＤＮを用いた測位の精度と、測位位置から基準局までの距離との関係を予め取得しておき、測位の精度が所望値よりも低下する距離、または、低下率が大幅に大きくなる距離等を、閾値Ｄｔｈに設定してもよい。このような閾値Ｄｔｈは、基準局毎に異なり、判定部４２は、基準局毎に閾値Ｄｔｈを記憶している。

判定部４２は、距離ＤＩＳと切り替え用の閾値Ｄｔｈとを比較する。図２（Ａ）に示すように、判定部４２は、距離ＤＩＳが閾値Ｄｔｈ以下であれば、局部測位補強情報ＤＮを利用することを、演算部４３に指示する。図２（Ｂ）に示すように、判定部４２は、距離ＤＩＳが閾値Ｄｔｈよりも大きければ、局部測位補強情報ＤＮを利用しないことを、演算部４３に指示する。

演算部４３は、判定部４２の指示に応じて、測位を行う。具体的には、演算部４３は、局部測位補強情報ＤＮを利用する態様であれば、局部測位補強情報ＤＮを利用して、ディファレンシャル測位を行う。これにより、局部測位補強情報ＤＮに応じた高精度な測位が実現される。

また、演算部４３は、局部測位補強情報ＤＮを利用しない態様であれば、局部測位補強情報ＤＮを利用せずに、測位を行う。この際、演算部４３は、広域測位補強情報ＤＷを取得していれば、広域測位補強情報ＤＷを利用して、ディファレンシャル測位を行う。一方、演算部４３は、広域測位補強情報ＤＷを取得していなければ、単独測位を行う。これによって、局部測位補強情報ＤＮを利用することによる不所望な測位の精度の低下を防止できる。また、例えば、広域測位補強情報ＤＷを利用することによって、測位装置１０が基準局９１から遠く離れても、測位の精度の低下をさらに抑制できる。

上述の説明では、局部測位補強情報ＤＮの利用の有無の切り替えと測位演算を、それぞれ別の機能部で実現する態様を示した。しかしながら、これらの処理をプログラム化して記憶媒体に記憶しており、ＣＰＵ等の演算処理装置で実行するようにしてもよい。この場合、図３または図４に示すフローチャートに基づいて、測位は実行される。図３は、本発明の実施形態に係る測位方法の第１態様を示すフローチャートである。図４は、本発明の実施形態に係る測位方法の第２態様を示すフローチャートである。なお、フローの各処理の具体的な内容は上述しているので、詳細な説明は省略する。

（第１態様）
演算処理装置は、単独測位等によって測位した位置と、最も近い基準局９１の位置とから、距離ＤＩＳを算出する（Ｓ１１）。

演算処理装置は、距離ＤＩＳと閾値Ｄｔｈとを比較する。演算処理装置は、距離ＤＩＳが閾値Ｄｔｈ以下であれば（Ｓ１２：ＮＯ）、局部測位補強情報ＤＮを利用して、ディファレンシャル測位を行う（Ｓ１４）。

演算処理装置は、距離ＤＩＳが閾値Ｄｔｈよりも大きければ（Ｓ１２：ＹＥＳ）、広域測位補強情報ＤＷを利用して、ディファレンシャル測位を行う（Ｓ１３）。

（第２態様）
演算処理装置は、単独測位等によって測位した位置と、最も近い基準局９１の位置とから、距離ＤＩＳを算出する（Ｓ１１）。

演算処理装置は、距離ＤＩＳと閾値Ｄｔｈとを比較する。演算処理装置は、距離ＤＩＳが閾値Ｄｔｈ以下であれば（Ｓ１２：ＮＯ）、局部測位補強情報ＤＮを利用して、ディファレンシャル測位を行う（Ｓ１４）。

演算処理装置は、距離ＤＩＳが閾値Ｄｔｈよりも大きければ（Ｓ１２：ＹＥＳ）、広域測位補強情報ＤＷが取得できているか否かを検出する。演算処理装置は、広域測位補強情報ＤＷがあれば（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、広域測位補強情報ＤＷを利用して、ディファレンシャル測位を行う（Ｓ１３）。演算処理装置は、広域測位補強情報ＤＷがなければ（Ｓ１０１：ＮＯ）、補強情報を利用せずに、測位を行う（Ｓ１０２）。

上述の説明では、測位装置１０が基準局９１から遠ざかる場合も近づく場合も関係なく、測位装置１０と基準局９１との位置関係（距離ＤＩＳ）のみを用いて、局部測位補強情報ＤＮの利用の有無を判定している。しかしながら、次に示すように、測位装置１０が基準局９１から遠ざかる場合と、測位装置１０が基準局９１に近づく場合とで、判定方法を異ならせてもよい。

（第３態様）
図５は、本発明の実施形態に係る測位方法の第３態様を示すフローチャートである。図６は、本発明の実施形態に係る測位方法の第３態様の概念を説明する図である。なお、図５では、測位装置が局部測位補強情報ＤＮを利用する領域内にいる状態をスタート状態としているが、測位装置が局部測位補強情報ＤＮを利用しない領域内にいる状態をスタート状態としてもよい。この場合、処理は、ステップＳ２５から開始される。

まず、測位装置１０（演算処理装置）は、局部測位補強情報ＤＮを利用した測位を開始する（Ｓ２１）。

測位装置１０の距離算出部４１は、距離ＤＩＳを算出する（Ｓ２２）。測位装置１０の判定部４２は、距離ＤＩＳと閾値Ｄｔｈ１とを比較する。閾値Ｄｔｈ１は、測位装置１０が基準局９１から遠ざかる場合の閾値であり、上述のサービスエリアに基づく閾値（判定用の基本距離に基づく閾値）Ｄｔｈと、局部測位補強情報ＤＮを用いた測位のばらつきとによって決定されている。例えば、判定部４２は、局部測位補強情報ＤＮを用いた測位のばらつきとして、局部測位補強情報ＤＮを用いた測位の標準偏差σ１を算出する。判定部４２は、閾値Ｄｔｈと標準偏差σ１との加算値を、閾値Ｄｔｈ１に設定する。なお、測位のばらつきは、標準偏差に限るものではなく、分散等、他の統計的な値であってもよい。閾値Ｄｔｈ１が、本発明の第１閾値である。

判定部４２は、距離ＤＩＳが閾値Ｄｔｈ１以下であれば（Ｓ２３：ＮＯ）、局部測位補強情報ＤＮを利用した測位を継続する（Ｓ２０１）。判定部４２は、距離ＤＩＳが閾値Ｄｔｈ１よりも大きければ（Ｓ２３：ＹＥＳ）、局部測位補強情報ＤＮの利用の停止を演算部４３に指示する（Ｓ２４）。そして、演算部４３は、局部測位補強情報ＤＮの利用を停止して、広域測位補強情報ＤＷを利用した測位を開始する（Ｓ２５）。

局部測位補強情報ＤＮの利用の停止後で、広域測位補強情報ＤＷの利用の開始後、距離算出部４１は、距離ＤＩＳを算出する（Ｓ２６）。

判定部４２は、距離ＤＩＳと閾値Ｄｔｈ２とを比較する。閾値Ｄｔｈ２は、測位装置１０が基準局９１に近づく場合の閾値であり、上述のサービスエリアに基づく閾値（判定用の基本距離に基づく閾値）Ｄｔｈと、広域測位補強情報ＤＷを用いた測位のばらつきとによって決定されている。例えば、判定部４２は、広域測位補強情報ＤＷを用いた測位のばらつきとして、広域測位補強情報ＤＷを用いた測位の標準偏差σ２を算出する。判定部４２は、閾値Ｄｔｈから標準偏差σ２を減算した値を、閾値Ｄｔｈ２に設定する。なお、測位のばらつきは、標準偏差に限るものではなく、分散等、他の統計的な値であってもよい。閾値Ｄｔｈ２が、本発明の第２閾値である。

判定部４２は、距離ＤＩＳが閾値Ｄｔｈ２以上であれば（Ｓ２７：ＮＯ）、広域測位補強情報ＤＷを利用した測位を継続する（Ｓ２０２）。判定部４２は、距離ＤＩＳが閾値Ｄｔｈ２よりも小さければ（Ｓ２７：ＹＥＳ）、広域測位補強情報ＤＷの利用の停止を演算部４３に指示する（Ｓ２８）。そして、演算部４３は、広域測位補強情報ＤＷの利用を停止して、局部測位補強情報ＤＮを利用した測位を開始する（Ｓ２１）。

このような処理を行うことで、図６に示すように、測位装置１０が基準局９１から遠ざかる場合の閾値Ｄｔｈ１は、測位装置１０が基準局９１に近づく場合の閾値Ｄｔｈ２よりも大きくなる。したがって、測位装置１０が基準局９１から遠ざかる時に、局部測位補強情報ＤＮの利用から広域測位補強情報ＤＷの利用に切り替わった後に、測位の誤差によって、局部測位補強情報ＤＮの利用に戻ってしまうことを抑制できる。また、測位装置１０が基準局９１に近づく時に、広域測位補強情報ＤＷの利用から局部測位補強情報ＤＮの利用に切り替わった後に、測位の誤差によって、広域測位補強情報ＤＷの利用に戻ってしまうことを抑制できる。

これにより、測位装置１０は、閾値Ｄｔｈの近くにいても、測位の演算を安定して行うことができる。すなわち、測位装置１０は、サブメータ級測位補強サービスのサービスエリアにおける測位装置１０の位置に関係なく、高精度で安定した測位を行うことできる。

１：測位システム
１０：測位装置
２０：アンテナ
３０：受信部
４０：測位部
４１：距離算出部
４２：判定部
４３：演算部
５１：局部測位補強情報取得部
５２：広域測位補強情報取得部
８１、８２、８３：測位衛星
９１：基準局

Claims (12)

1. 受信した測位信号を用いて、基準局と自装置との距離を算出する距離算出部と、
   局部的な領域に有効な局部測位補強情報を取得する局部測位補強情報取得部と、
   前記距離が切り替え用の閾値よりも大きいか否かを判定する判定部と、
   前記判定部によって前記距離が前記閾値以下であることが判定されれば、前記局部測位補強情報を用いて測位演算を行い、前記判定部によって前記距離が前記閾値よりも大きいことが判定されれば、前記局部測位補強情報を用いずに測位演算を行う演算部と、
   を備える、測位装置。
2. 請求項１に記載の測位装置であって、
   前記局部的な領域よりも広域に有効な広域測位補強情報を取得する広域測位補強情報取得部を、備え、
   前記演算部は、前記判定部によって前記距離が前記閾値よりも大きいことが判定されれば、前記広域測位補強情報を用いて測位演算を行う、
   測位装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の測位装置であって、
   前記判定部は、
   前記閾値として、前記距離が遠くなる場合に用いる第１閾値と、前記第１閾値と異なる値であり、前記距離が近くなる場合に用いる第２閾値と、を有する、
   測位装置。
4. 請求項３に記載の測位装置であって、
   前記第１閾値は、前記局部測位補強情報のサービスエリアに基づく判定用の基本距離と、前記局部測位補強情報を用いた測位のばらつきと、を用いて算出され、
   前記第２閾値は、前記基本距離と、前記広域測位補強情報を用いた測位のばらつきと、を用いて算出される、
   測位装置。
5. 受信した測位信号を用いて、基準局と自装置との距離を算出し、
   局部的な領域に有効な局部測位補強情報を取得し、
   前記距離が切り替え用の閾値よりも大きいか否かを判定し、
   前記距離が前記閾値以下であれば前記局部測位補強情報を用いて測位演算を行い、前記距離が前記閾値よりも大きければ前記局部測位補強情報を用いずに測位演算を行う、
   測位方法。
6. 請求項５に記載の測位方法であって、
   前記局部的な領域よりも広域に有効な広域測位補強情報を取得し、
   前記距離が前記閾値よりも大きければ前記広域測位補強情報を用いて測位演算を行う、
   測位方法。
7. 請求項５または請求項６に記載の測位方法であって、
   前記閾値として、前記距離が遠くなる場合に用いる第１閾値と、前記第１閾値と異なる値であり、前記距離が近くなる場合に用いる第２閾値と、を有する、
   測位方法。
8. 請求項７に記載の測位方法であって、
   前記第１閾値は、前記局部測位補強情報のサービスエリアに基づく判定用の基本距離と、前記局部測位補強情報を用いた測位のばらつきと、を用いて算出され、
   前記第２閾値は、前記基本距離と、前記広域測位補強情報を用いた測位のばらつきと、を用いて算出される、
   測位方法。
9. 受信した測位信号を用いて、基準局と自装置との距離を算出し、
   局部的な領域に有効な局部測位補強情報を取得し、
   前記距離が切り替え用の閾値よりも大きいか否かを判定し、
   前記距離が前記閾値以下であれば前記局部測位補強情報を用いて測位演算を行い、前記距離が前記閾値よりも大きければ前記局部測位補強情報を用いずに測位演算を行う、
   処理を演算処理装置に実行させる測位プログラム。
10. 請求項９に記載の測位プログラムであって、
    前記局部的な領域よりも広域に有効な広域測位補強情報を取得し、
    前記距離が前記閾値よりも大きければ前記広域測位補強情報を用いて測位演算を行う、
    処理を演算処理装置に実行させる測位プログラム。
11. 請求項９または請求項１０に記載の測位プログラムであって、
    前記閾値として、前記距離が遠くなる場合に用いる第１閾値と、前記第１閾値と異なる値であり、前記距離が近くなる場合に用いる第２閾値と、を設定している、
    測位プログラム。
12. 請求項１１に記載の測位プログラムであって、
    前記第１閾値は、前記局部測位補強情報のサービスエリアに基づく判定用の基本距離と、前記局部測位補強情報を用いた測位のばらつきと、を用いて算出され、
    前記第２閾値は、前記基本距離と、前記広域測位補強情報を用いた測位のばらつきと、を用いて算出される、
    測位プログラム。

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