JP2020079748A - 測位装置、測位方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測位に用いるデータを用いて、遮蔽領域を設定する。【解決手段】衛星方向算出部は、測位信号に重畳された航法メッセージから得られるＮＥＤ座標系での測位衛星の位置と、測位信号の受信結果から得られる測位装置の姿勢角と、を用いて、測位衛星の測位装置におけるボディ座標系での仰角および方位角を算出する。分布生成部は、測位衛星のボディ座標系での仰角および方位角と測位信号の信号受信強度と、を用いて、信号受信強度のボディ座標系での分布を生成する。遮蔽領域設定部は、ボディ座標系での分布を用いて、測位への影響を低くまたはゼロに設定する測位信号の決定に用いる遮蔽領域を設定する。【選択図】 図１

Description

本発明は、測位に用いる測位信号（測位衛星）を選択するための技術に関する。

特許文献１に記載の装置は、移動体にレーザスキャナやステレオカメラ等の構造物検出装置を備える。特許文献１に記載の装置は、構造物検出装置によって検出した周囲の構造物の位置を用いて、仰角マスクを設定する。特許文献１に記載の装置は、この仰角マスクを用いて、特定の航法衛星からの航法信号の利用を制限して、測位を行う。

特許文献２に記載の装置は、魚眼レンズを備える。特許文献２に記載の装置は、魚眼レンズによって検出した周囲の風景から障害物を検出する。特許文献２に記載の装置は、障害物の方向から、遮蔽領域を設定する。特許文献２に記載の装置は、この遮蔽領域の方向の衛星からの電波の利用を制限して、測位を行う。

特開２０１７−１５５８５号公報 特開２００２−３５７４２２号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に示すように、従来の構成では、測位に直接利用するデータを出力する機能部以外に、仰角マスクや遮蔽領域を設定するための他の装置を用いなければならない。

したがって、本発明の目的は、測位に用いるデータを用いて、遮蔽領域を設定することにある。

この発明の測位装置は、衛星方向算出部、分布生成部、および、遮蔽領域設定部を備える。衛星方向算出部は、測位信号に重畳された航法メッセージから得られるＮＥＤ座標系での測位衛星の位置と、測位信号の受信結果から得られる測位装置の姿勢角と、を用いて、測位衛星の測位装置におけるボディ座標系での仰角および方位角を算出する。分布生成部は、測位衛星のボディ座標系での仰角および方位角と測位信号の信号受信強度と、を用いて、信号受信強度のボディ座標系での分布を生成する。遮蔽領域設定部は、ボディ座標系での分布を用いて、測位への影響を低くまたはゼロに設定する測位信号の決定に用いる遮蔽領域を設定する。

この構成では、測位に用いる機能部以外を用いなくても遮蔽領域が設定される。さらに、ボディ座標系で遮蔽領域が設定されることによって、自装置（測位装置）、および、自装置が搭載された物体（例えば、船舶等の移動体）に起因する遮蔽領域が設定される。

この発明によれば、測位に用いるデータを用いて、遮蔽領域を設定できる。

本発明の第１の実施形態に係る測位装置における遮蔽情報設定部の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る測位装置の構成を示す機能ブロック図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、ボディ座標系でのスカイプロットにおける測位衛星の位置をプロットする概念を説明するための図である。 スカイプロットにおける遮蔽判定用領域の設定の概念を表す図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、投影点の分類の概念の一例を示す図である。 信号レベルの一例を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、遮蔽領域の設定の一例を示したものである。 測位装置で実行されるメインの処理（測位方法）を示すフローチャートである。 測位衛星の方向を算出する処理を示すフローチャートである。 遮蔽領域を設定する処理を示すフローチャートである。 慣性センサを用いた測位装置の構成を示す機能ブロック図である。

本発明の第１の実施形態に係る測位装置、測位方法について、図を参照して説明する。なお、以下では、測位装置が装着される物体として、移動体、特に、船舶を用いる態様を示すが、他の移動体、例えば、水中移動体、陸上移動体、または、空中移動体にも、本願発明の構成は適用でき、静止する物体にも適用できる。ただし、物体が移動体である時に、本願発明の構成は、より有効である。

図１は、本発明の実施形態に係る測位装置における遮蔽情報設定部の構成を示す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の構成を示す機能ブロック図である。

（測位装置１０の構成）
図２に示すように、測位装置１０は、演算部２０、および、アンテナ装置３０を備える。アンテナ装置３０は、演算部２０に接続している。

アンテナ装置３０は、測位装置１０が装着される移動体に設置されている。アンテナ装置３０は、例えば、３個以上のＧＮＳＳアンテナ（図示を省略する。）によって構成されている。３個以上のＧＮＳＳアンテナは、全てのＧＮＳＳアンテナが一直線上に並ばないように、配置されていない。

３個以上のＧＮＳＳアンテナは、それぞれに、複数の測位衛星（図示を省略する。）から送信される測位信号を受信し、演算部２０に出力する。

測位信号（ＧＮＳＳ（Ｇｒｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｙｔｅｍｓ）信号）は、所定の周波数からなる搬送波信号に、ＰＲＮ（擬似ランダムノイズ）コード、および、航法メッセージが重畳された信号である。ＰＲＮコードは、送信元の測位衛星を識別するコードである。航法メッセージは、測位衛星の軌道情報、補正情報等を含むデータである。

演算部２０は、測位演算部２１、および、遮蔽情報設定部２２を備える。演算部２０は、例えば、測位演算部２１および遮蔽情報設定部２２の機能を実現するプログラム、このプログラムを記憶する記憶部、および、このプログラムを記憶部から読み出して実行するＣＰＵ等の演算装置によって実現される。または、演算部２０は、このプログラムが内蔵され、このプログラムを実行するＩＣ等の演算素子によって実現される。

測位信号は、測位演算部２１に入力される。測位演算部２１は、測位信号毎に、受信信号の強度（信号受信強度）ＳＳを観測する。測位演算部２１は、既知の方法を用いて、測位信号（測位衛星）毎に、コードおよび搬送波信号（キャリア信号）を捕捉、追尾する。

測位演算部２１は、アンテナ装置３０の２個以上のＧＮＳＳアンテナで受信した測位信号のコードおよび搬送波信号の追尾結果（例えば、搬送波位相差や基線ベクトル等）を用いて、既知の方法から、姿勢角（ロール角、ピッチ角、ヨー角）Ｒ，Ｐ，Ｙを算出する。位置Ｐｓｎは、ＮＥＤ座標系で算出される。この際、測位演算部２１は、搬送波信号の位相の積算値を用いて、姿勢角Ｒ，Ｐ，Ｙを算出する。このように、搬送波信号の位相の積算値を用いることによって、姿勢角Ｒ，Ｐ，Ｙは、高精度に算出される。

また、測位演算部２１は、アンテナ装置３０の２個以上のＧＮＳＳアンテナの少なくとも１個のＧＮＳＳアンテナで受信した測位信号のコードの追尾結果（例えば、コード擬似距離等）を用いて、既知の方法から、自装置の位置Ｐｓｎを算出する。なお、自装置の位置Ｐｓｎは、アンテナ装置３０の２個以上のＧＮＳＳアンテナのいずれかの位置、または、２個以上のＧＮＳＳアンテナの幾何学的な中心位置で算出される。２個以上のＧＮＳＳアンテナのいずれかの位置を用いる場合には、自装置の位置ＰｓｎとするＧＮＳＳアンテナで受信した測位信号を用いた単独測位によって、自装置の位置Ｐｓｎは算出できる。また、２個以上のＧＮＳＳアンテナの幾何学的な中心位置を用いる場合には、各ＧＮＳＳアンテナの測位結果の平均値の算出によって、自装置の位置Ｐｓｎは算出できる。

測位演算部２１は、追尾結果に基づいて、搬送波信号に重畳された航法メッセージを復調する。

測位演算部２１は、追尾している測位衛星の識別情報ＳａｔＮ、この測位衛星からの測位信号の信号受信強度ＳＳ、自装置の位置Ｐｓｎ、自装置の姿勢角Ｒ，Ｐ，Ｙ、および、航法メッセージＮＭを、遮蔽情報設定部２２に出力する。なお、測位演算部２１は、これらの情報の内の必要なものを、測位演算部２１の後段に接続される各種の機能部（例えば、表示画像生成部等：図示せず）に出力する。

遮蔽情報設定部２２は、概略的には、上述の測位演算部２１から入力される測位に用いる各種のデータを用いて、遮蔽領域を設定する。遮蔽領域とは、測位に利用しない測位信号を判別するために設定された領域である。

遮蔽情報設定部２２は、遮蔽領域を、測位演算部２１に出力する。測位演算部２１は、遮蔽領域を参照し、遮蔽領域内にある測位衛星の測位信号を用いることなく（測位への影響をゼロにして）、位置Ｐｓｎ、姿勢角Ｒ，Ｐ，Ｙを算出する。言い換えれば、測位演算部２１は、遮蔽領域外にある測位衛星の測位信号を選択して、位置Ｐｓｎ、姿勢角Ｒ，Ｐ，Ｙを算出する。これにより、位置Ｐｓｎおよび姿勢角Ｒ，Ｐ，Ｙの算出精度は向上する。

（遮蔽情報設定部２２の具体的な構成）
図１に示すように、遮蔽情報設定部２２は、衛星方向算出部２２１、分布生成部２２２、および、遮蔽領域設定部２２３を備える。

位置Ｐｓｎ、姿勢角Ｒ，Ｐ，Ｙ、航法メッセージＮＭ、および、測位衛星の識別情報ＳａｔＮは、衛星方向算出部２２１に入力される。また、信号受信強度ＳＳは、測位衛星の識別情報ＳａｔＮに関連つけられた状態で、分布生成部２２２に入力される。

衛星方向算出部２２１は、測位衛星の識別情報ＳａｔＮを参照して、航法メッセージＮＭから、追尾中の測位衛星の軌道情報を抽出する。衛星方向算出部２２１は、この軌道情報と自装置の位置Ｐｓｎとを用いて、自装置の位置Ｐｓｎを原点（中心）とした測位衛星の位置ＰｓａｔＮを算出する。測位衛星の位置ＰｓａｔＮは、ＮＥＤ座標系で得られる。

衛星方向算出部２２１は、姿勢角Ｒ，Ｐ，Ｙを用いて、変換行列を算出する。変換行列は、自装置位置を基準とするＮＥＤ座標系と自装置のボディ座標系との座標変換を行う行列である。姿勢角Ｒ，Ｐ，Ｙが分かれば、既知の方法によって、変換行列は算出可能である。

衛星方向算出部２２１は、自装置の位置を原点とした測位衛星の位置ＰｓａｔＮと、変換行列と、を用いて、自装置の位置を原点（中心）としたボディ座標系での測位衛星の仰角Φｂおよび方位角θｂを算出する。この演算は、既知の幾何学的な演算式によって実現可能である。衛星方向算出部２２１は、追尾中の複数の測位衛星、好ましくは、追尾中の全ての測位衛星に対して、仰角Φｂおよび方位角θｂを算出する。この処理は、１つの測位衛星に対して１回に限るものではなく、１つの測位衛星に対して複数回、すなわち所定の時間長に亘って実行される。

衛星方向算出部２２１は、追尾中の測位衛星の識別情報ＳａｔＮに関連づけして、この測位衛星の仰角Φｂおよび方位角θｂを、分布生成部２２２に出力する。

分布生成部２２２は、ボディ座標系でのスカイプロット８００を生成する。図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）は、ボディ座標系でのスカイプロットにおける測位衛星の位置をプロットする概念を説明するための図である。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）に示すように、スカイプロット８００とは、自装置の位置を中心としてボディ座標系によって定義された天頂側の半球の領域ＣＯｂを、ボディ座標系における基準面（半球の底となる面）ＲＰに二次元投影したものである。スカイプロット８００は、自装置の位置を中心として、外方を向く放射方向に仰角Φｂを設定し、円周方向に方位角θｂを設定している。仰角Φｂは、スカイプロット８００の中心において９０°であり、中心から離れるのにしたがって、小さくなる。方位角θｂは、例えば、図３（Ａ）に示すように、中心に対して特定の方向（例えば、船体９０の中心を基準として船首を向く方向）をθｂ＝０°として、１周で３６０°となるように設定されている。

図３（Ａ）に示すように、スカイプロット８００には、各測位衛星の投影点８１１Ｂ、８１１Ｃ、８１２Ｂ、８１２Ｃがプロットされている。これらの投影点８１１Ｂ、８１１Ｃ、８１２Ｂ、８１２Ｃは、上述のボディ座標系で得られた測位衛星の仰角Φｂおよび方位角θｂによってプロットされている。

例えば、投影点８１１Ｂは、図３（Ｂ）に示す船体（測位装置１０が搭載された移動体）９０の姿勢（Ｐｉｔｃｈ＝０°）における測位衛星ＳＡＴ１のボディ座標系での仰角Φｂおよび方位角θｂによってプロットされる。一方、投影点８１１Ｃは、図３（Ｃ）に示す船体９０の姿勢（Ｐｉｔｃｈ＝５°）における測位衛星ＳＡＴ１のボディ座標系での仰角Φｂおよび方位角θｂによってプロットされる。

また、投影点８１２Ｂは、図３（Ｂ）に示す船体９０の姿勢（Ｐｉｔｃｈ＝０°）における測位衛星ＳＡＴ２のボディ座標系での仰角Φｂおよび方位角θｂによってプロットされる。一方、投影点８１２Ｃは、図３（Ｃ）に示す船体９０の姿勢（Ｐｉｔｃｈ＝５°）における測位衛星ＳＡＴ２のボディ座標系での仰角Φｂおよび方位角θｂによってプロットされる。

仰角Φｂおよび方位角θｂがボディ座標系で算出されていることによって、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）に示すように、船体９０の姿勢が一定でなく、例えば、揺動等をしていても、各測位衛星の方向は、船体９０を基準（中心）としたスカイプロットに、精度良くプロットされる。

なお、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）では、ピッチ角（Ｐｉｔｃｈ）が変化する場合を示したが、ロール角（Ｒｏｌｌ）、および、ヨー角（Ｙａｗ）が変化する場合にも、同様に、測位衛星の方向（投影点）は、ボディ座標系のスカイプロット８００に、精度良くプロットされる。

分布生成部２２２は、仰角Φｂおよび方位角θｂが算出されている全ての測位衛星に対して、スカイプロット８００に対する投影点のプロットを行う。分布生成部２２２は、複数の時刻で、仰角Φｂおよび方位角θｂが得られていれば、これら複数の時刻のそれぞれの仰角Φｂおよび方位角θｂを用いて、プロットを行う。この際、分布生成部２２２は、スカイプロット８００における各投影点に対して、信号受信強度ＳＳを関連付けする。

分布生成部２２２は、スカイプロット８００を、遮蔽領域設定部２２３に出力する。

遮蔽領域設定部２２３は、信号受信強度ＳＳが関連付けされたスカイプロット８００から、遮蔽領域を設定する。具体的には、例えば、遮蔽領域設定部２２３は、次に示す方法によって、遮蔽領域を設定する。

遮蔽領域設定部２２３は、スカイプロット８００の全体領域を、図４に示すように、複数の遮蔽判定用領域ａｉｊに分割する。図４は、スカイプロットにおける遮蔽判定用領域の設定の概念を表す図である。

図４に示すように、スカイプロット８００は、仰角Φｂを用いて、複数の領域に分割される。さらに、スカイプロット８００は、方位角θｂを用いて、複数の領域に分割される。この仰角Φｂおよび方位角θｂによって分割される領域が遮蔽判定用領域ａｉｊとなる。

例えば、図４の例であれば、スカイプロット８００は、仰角Φｂが０°から９０°の間において、それぞれが１８°の仰角Φｂの範囲を有する領域に分割される。さらに、スカイプロット８００は、方位角θｂが０°から３６０°の間において、それぞれが３０°の方位角θｂの範囲を有する領域に分割される。すなわち、仰角Φｂにおいて１８°の範囲、且つ、方位角θｂにおいて３０°の範囲が、遮蔽判定用領域ａｉｊとなる。遮蔽判定用領域ａｉｊは、仰角Φｂの方向には、ｉ（＝１，２，・・・）によって、識別可能であり、方位角θｂの方向には、ｊ（＝１，２，・・・）によって、識別可能である。

遮蔽領域設定部２２３は、スカイプロット８００にプロットされている全ての投影点を、遮蔽判定用領域ａｉｊの単位で分類する。図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）は、投影点の分類の概念の一例を示す図である。なお、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）において、ハッチングされた領域は、信号受信強度ＳＳが得られた遮蔽判定用領域ａｉｊを示し、ハッチングされていない領域は、信号受信強度ＳＳが得られない遮蔽判定用領域ａｉｊを示す。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、遮蔽領域設定部２２３は、測位衛星の識別情報ＳａｔＮを参照して、複数の測位衛星ＳＡＴ１−ＳＡＴｍ（ｍは２以上の整数）の投影点を、遮蔽判定用領域ａｉｊ毎に分類し、信号受信強度ＳＳに関連付けして記憶する。なお、図５（Ｂ）に示すように、１つの遮蔽判定用領域ａｉｊに複数の投影点がある場合には、これらの全ての投影点の信号受信強度ＳＳを、遮蔽判定用領域ａｉｊに関連付けして記憶する。

遮蔽領域設定部２２３は、投影点と信号受信強度ＳＳとを、遮蔽判定用領域ａｉｊに分類する（関連付けする）処理を、全ての測位衛星に対して行う。これにより、遮蔽領域設定部２２３は、図５（Ｃ）に示すような、遮蔽判定用領域ａｉｊ毎に信号受信強度ＳＳが関連付けされた分布を得る。

遮蔽領域設定部２２３は、それぞれの遮蔽判定用領域ａｉｊに対して、信号受信強度ＳＳの代表値を設定する。具体的には、遮蔽領域設定部２２３は、遮蔽判定用領域ａｉｊに関連付けされた信号受信強度ＳＳが１個の場合には、当該信号受信強度ＳＳを、信号受信強度ＳＳの代表値に設定する。また、遮蔽領域設定部２２３は、遮蔽判定用領域ａｉｊに関連付けされた信号受信強度ＳＳが複数個の場合には、これら複数の信号受信強度ＳＳの統計的算出値を、信号受信強度ＳＳの代表値に設定する。統計的算出値とは、例えば、平均値、中央値等の１つを用いればよい。

遮蔽領域設定部２２３は、遮蔽判定用領域ａｉｊ毎の信号受信強度ＳＳの代表値から、遮蔽判定用領域ａｉｊ毎の信号レベルを設定する。図６は、信号レベルの一例を示す図である。図６に示すように、遮蔽領域設定部２２３は、信号レベルを複数のレベルに設定する。各信号レベルは、複数の信号受信強度ＳＳの代表値を、高さに応じて段階的に分類するものであり、１つの信号レベルに含まれる信号受信強度ＳＳの代表値の強度には幅を有する。図６の例では、遮蔽領域設定部２２３は、Ｌｅｖｅｌ０からＬｅｖｅｌ５の６段階に設定している。Ｌｅｖｅｌ０は、信号受信強度ＳＳが得られない場合に設定される。Ｌｅｖｅｌ１からＬｅｖｅｌ５は、信号受信強度ＳＳの代表値の高さにしたがって、代表値が低い順に設定される。

遮蔽領域設定部２２３は、この信号レベルの分布を用いて、遮蔽判定用領域ａｉｊの単位で、遮蔽領域を設定する。図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、遮蔽領域の設定の一例を示したものである。図７（Ａ）は、仰角毎に遮蔽領域の設定を行う場合を示し、図７（Ｂ）はスカイプロットの全体領域で遮蔽領域の設定を行う場合を示す。

（仰角毎に遮蔽領域を設定する場合）
遮蔽領域設定部２２３は、仰角Φｂ毎に、遮蔽領域を設定する。具体的には、遮蔽領域設定部２２３は、同じ仰角Φｂにあり、方位角θｂの方向に並ぶ複数の遮蔽判定用領域ａｉｊに対して、信号レベルの相対的な差から、遮蔽領域を設定する。

例えば、図６のような信号レベルの分布であれば、図７（Ａ）に示すように、遮蔽領域設定部２２３は、仰角Φｂが７２°から９０°の間の領域では、Ｌｅｖｅｌ４以下を遮蔽領域であるとし、ｌｅｖｅｌ５を遮蔽領域でないとする。遮蔽領域設定部２２３は、仰角Φｂが５４°から７２°の間の領域では、Ｌｅｖｅｌ３以下を遮蔽領域であるとし、ｌｅｖｅｌ４以上を遮蔽領域でないとする。遮蔽領域設定部２２３は、仰角Φｂが３６°から５４°の間の領域、仰角Φｂが１８°から３６°の間の領域、および、仰角Φｂが０°から１８°の間の領域では、Ｌｅｖｅｌ２以下を遮蔽領域であるとし、ｌｅｖｅｌ３以上を遮蔽領域でないとする。

なお、この判定基準は一例であり、適宜設定が可能であるが、基本的には、仰角Φｂが高いほど、遮蔽領域の判定基準となるレベルを高く設定することが考えられる。

（全体領域で遮蔽領域を設定する場合）
遮蔽領域設定部２２３は、遮蔽領域の判定基準の信号レベルを設定する。そして、遮蔽領域設定部２２３は、判定基準以下の信号レベルの遮蔽判定用領域ａｉｊは遮蔽領域であると、判定する。また、遮蔽領域設定部２２３は、判定基準よりも高い信号レベルの遮蔽判定用領域ａｉｊは遮蔽領域でない、と判定する。

例えば、図６のような信号レベルの分布であり、判定基準の信号レベルをＬｅｖｅｌ３とすれば、遮蔽領域設定部２２３は、図７（Ｂ）に示すような遮蔽領域を設定する。

これらのような処理を行うことによって、遮蔽領域設定部２２３は、ボディ座標系において遮蔽領域を設定できる。これにより、遮蔽領域設定部２２３は、測位装置１０が装着される移動体の構造に依存する遮蔽領域を、設定できる。

この構成および処理によって、遮蔽領域設定部２２３は、測位に用いるデータだけで、遮蔽領域を設定できる。すなわち、魚眼レンズ、レーザスキャナ、ステレオカメラのような、測位に直接関係しない装置を用いなくても、測位装置１０は、遮蔽領域を設定できる。

この際、仰角Φｂ毎の遮蔽領域を設定する態様であれば、仰角Φｂ毎に遮蔽領域および非遮蔽領域（遮蔽領域外の領域）を設定できる。したがって、仰角Φｂの高い領域に対して相対的に信号受信強度ＳＳが低いことが多い仰角Φｂの低い領域においても、測位に利用できる領域と測位に利用できない領域とを適切に設定できる。

また、全体領域において遮断領域を設定する態様であれば、仰角Φｂに関係なく、所定の信号受信強度ＳＳ以上の測位信号のみを測位に用いることができる。

そして、このように遮蔽領域が設定され、遮蔽領域に存在する測位衛星の測位信号を用いずに、測位演算部２１が測位演算を行うことによって、測位精度は向上する。すなわち、上述の測位演算部２１で算出される自装置の位置Ｐｓｎ、姿勢角Ｒ，Ｐ，Ｙは、高精度になる。

上述の説明では、測位装置で実行する遮蔽領域の設定等の処理を複数の機能部で実現する態様を示したが、これらの処理をプログラム化して実行してもよい。この場合、このプログラムを記憶する記憶部、および、このプログラムを記憶部から読み出して実行するＣＰＵ等の演算装置によって、実現可能である。そして、この場合、図８、図９、図１０に示す方法をプログラム化して用いればよい。図８は、測位装置で実行されるメインの処理（測位方法）を示すフローチャートである。図９は、測位衛星の方向を算出する処理を示すフローチャートである。図１０は、遮蔽領域を設定する処理を示すフローチャートである。なお、各処理の具体的な内容は上述しているので、その具体的な説明は省略する。

図８に示すように、演算装置は、測位演算に利用する各種情報、各種データから、ボディ座標系での測位衛星の方向を算出する（Ｓ１１）。具体的には、図９に示すように、演算装置は、測位信号から得られる自装置位置と航法メッセージから、ＮＥＤ座標系での測位衛星の位置を算出する（Ｓ１１１）。演算装置は、測位信号から得られる自装置の姿勢角から、ＮＥＤ座標系とボディ座標系と変換行列を算出する（Ｓ１１２）。演算装置は、測位衛星の位置と変換行列とから、ボディ座標系における測位衛星の仰角Φｂおよび方位角θｂを算出する（Ｓ１１３）。

図８に示すように、演算装置は、仰角Φｂおよび方位角θｂを用いて、信号受信強度ＳＳの分布であるスカイプロットを生成する（Ｓ１２）。

図８に示すように、演算装置は、スカイプロットを用いて、遮蔽領域を設定する（Ｓ１３）。具体的には、図１０に示すように、演算装置は、仰角Φｂおよび方位角θｂを基準にして、スカイプロットの全体領域を、複数の遮蔽判定用領域ａｉｊに分割する（Ｓ３１）。演算装置は、複数の遮蔽判定用領域ａｉｊの信号受信強度ＳＳから、遮蔽領域を、遮蔽判定用領域ａｉｊの単位で設定する（Ｓ３２）。

図８に示すように、演算装置は、遮蔽領域を用いて、測位に利用する測位衛星（測位信号）を選択し（Ｓ１４）、測位演算を行う（Ｓ１５）。

なお、上述の説明では、測位演算に、測位信号のみを用いる態様を示した。しかしながら、加速度センサ、角速度センサ等の慣性センサの出力を用いる態様であってもよい。図１１は、慣性センサを用いた測位装置の構成を示す機能ブロック図である。

図１１に示すように、測位装置１０Ａは、演算部２０Ａ、アンテナ装置３０Ａ、慣性センサ４０を備える。演算部２０Ａは、測位演算部２１Ａおよび遮蔽情報設定部２２を備える。なお、遮蔽情報設定部２２の構成および処理は、上述の通りであり、説明は省略する。

アンテナ装置３０Ａおよび慣性センサ４０は、測位演算部２１Ａに接続している。

アンテナ装置３０Ａは、２個以上のＧＮＳＳアンテナ（図示を省略する。）によって構成されている。慣性センサ４０は、直交三軸の加速度センサおよび角速度センサを備える。慣性センサ４０は、計測した加速度および角速度を、測位演算部２１Ａに出力する。

測位演算部２１Ａは、アンテナ装置３０Ａで受信した測位信号の捕捉、追尾の結果と、慣性センサ４０で計測された加速度および角速度とを用いて、既知の方法から、位置Ｐｓｎ、姿勢角Ｒ，Ｐ，Ｙを算出する。また、測位演算部２１Ａは、測位信号の追尾の結果から、航法メッセージＮＭを復調する。

このようなアンテナ装置３０Ａと慣性センサ４０とを用いる態様であっても、上述のアンテナ装置３０のみを用いる態様と同様に、遮蔽領域を設定できる。

なお、上述の説明では、遮蔽領域設定部２２３は、離散的に設定された信号レベルに基づいて、遮蔽領域の判定を行う態様を示した。しかしながら、遮蔽領域設定部２２３は、遮蔽判定用領域ａｉｊに割り当てられた信号受信強度ＳＳの代表値を直接用いて、遮蔽領域と非遮蔽領域とを設定することもできる。この場合、遮蔽領域設定部２２３は、代表値に対する閾値を設定し、閾値以下であれば、遮蔽領域であると判定し、閾値を超えていれば、遮蔽領域でない（非遮蔽領域である）と判定すればよい。この場合、遮蔽領域設定部２２３は、信号受信強度ＳＳが得られない遮蔽判定用領域ａｉｊについては遮蔽領域である、と判定すればよい。

また、上述の説明では、スカイプロット８００の全体領域を複数の遮蔽判定用領域ａｉｊに分割した状態にて、遮蔽領域を設定している。しかしながら、遮蔽判定用領域を設定せずに、信号受信強度ＳＳの分布をそのまま用いて、信号受信強度ＳＳの大小差から遮蔽領域を設定してもよい。

また、上述の説明では、遮蔽領域内に存在する測位衛星の測位信号を、測位演算に用いない態様を示した。しかしながら、遮蔽領域内に存在する測位衛星の測位信号と、遮蔽領域に存在しない測位衛星の測位信号とで、測位演算時の重み付けを異ならせてもよい。具体的には、遮蔽領域内に存在する測位衛星の測位信号については、測位精度に与える影響を小さく（重み付けを小さく）し、遮蔽領域に存在しない測位衛星の測位信号については、測位精度に与える影響を大きく（重み付けを大きく）する。これにより、例えば、追尾中の測位衛星数が少ない場合に、遮蔽領域に存在する測位衛星の測位信号を用いながらも、これらの測位信号による測位精度の劣化を抑制できる。

また、上述の説明では、仰角Φｂおよび方位角θｂの双方を、一定の角度間隔で分割して、遮蔽判定用領域ａｉｊを設定する態様を示した。しかしながら、これらの間隔は一定の角度間隔でなくてもよい。例えば、仰角Φｂに関しては、低いほど角度間隔を広くしたり、逆に、低いほど角度間隔を狭くしてもよい。また、例えば、方位角θｂに関しては、船首側すなわちθｂ＝０°に近いほど角度間隔を広くし、θｂ＝１８０°に近いほど角度間隔を狭くしてもよい。さらに、１度目の遮蔽領域の判定において、遮蔽領域と非遮蔽領域との境界になる方位角θｂの近傍について、遮蔽判定用領域ａｉｊをさらに細かく分割して、上記の判定を行ってもよい。

また、上述の説明では、信号受信強度ＳＳを用いて遮蔽領域の判定を行う態様を示した。しかしながら、測位信号の受信回数を用いて、遮蔽領域の判定を行ってもよい。ここで、測位信号の受信回数とは、追尾可能な信号受信強度で受信した回数を意味する。

また、上述の説明では、信号受信強度ＳＳの大小から遮蔽領域を設定する態様を示した。しかしながら、信号受信強度ＳＳのバラツキの大小関係から遮蔽領域を設定することもできる。この場合、バラツキが大きい方が遮蔽領域に設定され、バラツキが小さい方が非遮蔽領域に設定される。

また、上述の説明では、遮蔽領域の設定タイミングについて、詳細に記載していない。遮蔽領域の設定タイミングは、例えば、実使用する測位演算を開始する前、すなわち、測位装置の使用の初期であればよい。さらに、遮蔽領域は、所定の時間間隔で設定され、その都度、測位演算にフィードバックされてもよい。また、遮蔽領域の設定のため、すなわち、スカイプロット８００の生成のための、信号受信強度ＳＳの観測、仰角Φｂおよび方位角θｂの取得は、可能な限り長い時間をかけた方が好ましい。これにより、船体９０外に存在する遮蔽要素（外乱による遮蔽）の影響を抑制できる。

１０、１０Ａ：測位装置
２０、２０Ａ：演算部
２１、２１Ａ：測位演算部
２２：遮蔽情報設定部
３０、３０Ａ：アンテナ装置
４０：慣性センサ
９０：船体
２２１：衛星方向算出部
２２２：分布生成部
２２３：遮蔽領域設定部
８００：スカイプロット
８１１Ｂ、８１１Ｃ、８１２Ｂ、８１２Ｃ：投影点
ａｉｊ：遮蔽判定用領域
ＣＯｂ：ボディ座標系によって定義された天頂側の半球の領域
ＮＭ：航法メッセージ
ＳＡＴ１、ＳＡＴ２、ＳＡＴｍ：測位衛星
ＳａｔＮ：識別情報
ＳＳ：信号受信強度

Claims (16)

1. 測位信号に重畳された航法メッセージから得られるＮＥＤ座標系での測位衛星の位置と、前記測位信号の受信結果から得られる測位装置の姿勢角と、を用いて、前記測位衛星の前記測位装置におけるボディ座標系での仰角および方位角を算出する衛星方向算出部と、
   前記測位衛星の前記ボディ座標系での仰角および方位角と前記測位信号の信号受信強度と、を用いて、前記信号受信強度の前記ボディ座標系での分布を生成する分布生成部と、
   前記ボディ座標系での分布を用いて、測位への影響を低くまたはゼロに設定する測位信号の決定に用いる遮蔽領域を設定する遮蔽領域設定部と、
   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、
   前記分布生成部は、
   前記測位装置を中心として前記ボディ座標系によって定義された天頂側の半球の領域を、前記ボディ座標系における基準面に二次元投影した全体領域を設定し、
   前記遮蔽領域設定部は、
   前記全体領域における前記ボディ座標系での分布を用いて、前記遮蔽領域を設定する、
   測位装置。
3. 請求項２に記載の測位装置であって、
   前記遮蔽領域設定部は、
   前記ボディ座標系での仰角と方位角とを基準にして、前記全体領域を複数の遮蔽判定用領域に分割し、
   前記複数の遮蔽判定用領域の単位で前記遮蔽領域を設定する、
   測位装置。
4. 請求項３に記載の測位装置であって、
   前記遮蔽領域設定部は、
   前記ボディ座標系での仰角毎に、方位角方向に並ぶ複数の前記遮蔽判定用領域の前記信号受信強度の大きさまたは前記信号受信強度の大きさのバラツキから、前記遮蔽領域を設定する、
   測位装置。
5. 請求項３に記載の測位装置であって、
   前記遮蔽領域設定部は、
   前記全体領域における前記複数の遮蔽判定用領域の前記信号受信強度の大きさまたは前記信号受信強度の大きさのバラツキから、前記遮蔽領域を設定する、
   測位装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の測位装置であって、
   複数のＧＮＳＳアンテナで受信した前記測位信号の搬送波信号を用いて、前記測位装置の姿勢角を算出し、複数のＧＮＳＳアンテナの少なくとも１個のＧＮＳＳアンテナで受信した前記測位信号のコードを用いて、前記測位装置の位置を算出する測位演算部を備える、
   測位装置。
7. 請求項６に記載の測位装置であって、
   前記測位演算部は、
   前記遮蔽領域設定部で設定された前記遮蔽領域に含まれるか否かによって、前記測位衛星の前記測位信号に対する重みつけを異ならせて、前記姿勢角および前記位置を算出する、
   測位装置。
8. 請求項６または請求項７に記載の測位装置であって、
   前記測位装置の位置は、前記複数のＧＮＳＳアンテナのいずれかのＧＮＳＳアンテナの位置、または、前記複数のＧＮＳＳアンテナの幾何学的な中心位置である、
   測位装置。
9. 測位信号に重畳された航法メッセージから得られるＮＥＤ座標系での測位衛星の位置と、前記測位信号の受信結果から得られる測位装置の姿勢角と、を用いて、前記測位衛星の前記測位装置におけるボディ座標系での仰角および方位角を算出し、
   前記測位衛星の前記ボディ座標系での仰角および方位角と前記測位信号の信号受信強度と、を用いて、前記信号受信強度の前記ボディ座標系での分布を生成し、
   前記ボディ座標系での分布を用いて、測位への影響を低くまたはゼロに設定する測位信号の決定に用いる遮蔽領域を設定する、
   測位方法。
10. 請求項９に記載の測位方法であって、
    前記測位装置を中心として前記ボディ座標系によって定義された天頂側の半球の領域を、前記ボディ座標系における基準面に二次元投影した全体領域を設定し、
    前記全体領域における前記ボディ座標系での分布を用いて、前記遮蔽領域を設定する、
    測位方法。
11. 請求項１０に記載の測位方法であって、
    前記ボディ座標系での仰角と方位角とを基準にして、前記全体領域を複数の遮蔽判定用領域に分割し、
    前記複数の遮蔽判定用領域の単位で前記遮蔽領域を設定する、
    測位方法。
12. 請求項１１に記載の測位方法であって、
    前記ボディ座標系での仰角毎に、方位角方向に並ぶ複数の前記遮蔽判定用領域の前記信号受信強度の大きさまたは前記信号受信強度の大きさのバラツキから、前記遮蔽領域を設定する
    測位方法。
13. 請求項１１に記載の測位方法であって、
    前記全体領域における前記複数の遮蔽判定用領域の前記信号受信強度の大きさまたは前記信号受信強度の大きさのバラツキから、前記遮蔽領域を設定する、
    測位方法。
14. 請求項９乃至請求項１３のいずれかに記載の測位方法であって、
    複数のＧＮＳＳアンテナで受信した前記測位信号の搬送波信号を用いて、前記測位装置の姿勢角を算出し、複数のＧＮＳＳアンテナの少なくとも１個のＧＮＳＳアンテナで受信した前記測位信号のコードを用いて、前記測位装置の位置を算出する、
    測位方法。
15. 請求項１４に記載の測位方法であって、
    前記遮蔽領域に含まれるか否かによって、前記測位衛星の前記測位信号に対する重みつけを異ならせて、前記姿勢角および前記位置を算出する、
    測位方法。
16. 請求項１４または請求項１５に記載の測位方法であって、
    前記測位装置の位置は、前記複数のＧＮＳＳアンテナのいずれかのＧＮＳＳアンテナの位置、または、前記複数のＧＮＳＳアンテナの幾何学的な中心位置である、
    測位方法。

Images