JP2022015431A - 衛星測位システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチパス情報に基づいて位置情報を補正可能な衛星測位システム及び方法を提供する。【解決手段】衛星測位システム１は、複数の衛星の軌道位置に基づく恒星時ごとに、複数の参照地点のそれぞれについて、各衛星からの測位信号に基づき算出された算出位置情報と、各衛星からの測位信号の受信強度に基づくマルチパス情報と、算出位置情報と実際の位置情報との誤差情報と、を対応付けたマルチパス誤差ＤＢ４０を生成するマルチパス誤差ＤＢ生成部２０と、測位信号を受信信号として受信した位置の位置情報を、各衛星からの受信信号に基づき補正前位置情報として算出する位置情報使用部５０と、恒星時と、補正前位置情報と、各衛星からの受信信号の受信強度に基づくマルチパス情報と、に対応する誤差情報をマルチパス誤差ＤＢ４０から取得し、取得した当該誤差情報を用いて補正前位置情報を補正する位置補正処理部６０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は衛星測位システム及び方法に関する。

衛星から送信された信号が建物や地表により反射又は回折して受信機に届く場合がある。このような場合における受信信号は、マルチパス信号と呼ばれる。以下では、反射又は回折した信号のみからなる信号と、当該信号と直接届く信号（直接波）とが重なった信号と、の両方をマルチパス信号と呼ぶ。

図２を用いて、上述したマルチパス信号について説明する。スマートフォン等の受信機３は、衛星２ａから信号４ａを受信し、衛星２ｂから信号４ｂ１及び４ｂ２を受信し、衛星２ｃから信号４ｃを受信している。信号４ａは、回折した信号であり、信号４ｂ２及び４ｃは反射した信号である。受信機３は、直接波である信号４ｂ１と、反射した信号４ｂ２とが重なった信号を、衛星２ｂから受信している。このような信号も、上記のようにマルチパス信号と呼ばれる。

衛星測位システムは、衛星が送信する衛星内部時刻を受信するまでにかかった時間から、受信機と衛星との間の光路距離を見積もる。測位システムは、４機以上の衛星から同時に信号を受信することで、３次元の位置及び信号受信機の時刻の補正を行うことができる。

衛星から受信機までの距離と、光路距離とに差がない場合には、マルチパスによる誤差は生じていない。したがって、衛星測位システムは、精度よく測位を行うことができる。一方、受信機がマルチパス信号を受信した場合、信号が経路上で反射又は回折しているため、同じ衛星からの直進した信号を受信するときに比べて受信時刻が遅れる。したがって、衛星から受信機までの距離と、光路距離との間に誤差が生じる。以下では、マルチパス信号による誤差を、マルチパス誤差と呼ぶ。マルチパス誤差は、衛星から直進した信号が遮られやすい市街地で顕著に表れる。より測位精度を高めるためには、マルチパス誤差を補正する必要がある。

特許文献１は、マルチパス誤差を補正する技術を開示している。特許文献１に記載の技術によると、まず、ある恒星時のある地点において、実際に受信機の存在する位置（真の位置Ｂ）と算出された位置（算出位置Ａ）との間の誤差情報が、誤差ＤＢへ格納される（図１１参照）。そして、同じ恒星時で測位を実施し、算出された位置が誤差ＤＢに存在する場合、誤算ＤＢを参照して誤差情報を取得し（図１２参照）、取得した誤差情報を用いて位置の補正を行うことができる（図１３参照）。算出位置Ａがマルチパスの影響を受けている場合、過去の誤差情報をもとに真の位置Ｂに補正が行われ、マルチパスの誤差を取り除くことが可能となる。

特許文献１に記載の技術は、算出位置を誤差ＤＢへのクエリに使用するため、受信機がマルチパスの影響で算出位置に存在すると認識されているのか、実際に受信機が算出位置に存在するのかを識別することができない。図１４は、実際に算出位置Ａに存在するにもかかわらず、算出位置に対して誤差ＤＢを用いた誤差補正を行った場合、誤った補正位置が位置情報とされるケースを示す。このように、特許文献１に記載された技術によると、算出位置が等しい複数の地点を識別することができず、位置の補正を適切に行うことができないおそれがあった。

特開平１１－１０９０１８号公報

上記のように、マルチパス誤差が存在する場合、算出された位置情報が共通する複数の地点を識別して適切な補正を行うことは難しいという問題があった。

本開示は、このような問題点を解決するためになされたものであり、マルチパス情報に基づいて位置情報を補正可能な衛星測位システム及び方法を提供することを目的とする。

本開示にかかる衛星測位システムは、複数の衛星の軌道位置に基づく恒星時ごとに、複数の参照地点のそれぞれについて、各衛星からの測位信号に基づき算出された算出位置情報と、前記各衛星からの前記測位信号の受信強度に基づくマルチパス情報と、前記算出位置情報と実際の位置情報との誤差情報と、を対応付けたマルチパス誤差データベースを生成するマルチパス誤差データベース生成部と、前記測位信号を受信信号として受信した位置の位置情報を、前記各衛星からの前記受信信号に基づき補正前位置情報として算出する位置情報使用部と、前記受信信号を受信した時刻に対応する前記恒星時と、前記補正前位置情報と、前記各衛星からの前記受信信号の受信強度に基づくマルチパス情報と、に対応する前記誤差情報を前記マルチパス誤差データベースから取得し、取得した当該誤差情報を用いて前記補正前位置情報を補正する位置補正処理部と、を備える。

本開示にかかる衛星測位方法は、複数の衛星の軌道位置に基づく恒星時ごとに、複数の参照地点のそれぞれについて、各衛星からの測位信号に基づき算出された算出位置情報と、前記各衛星からの前記測位信号の受信強度に基づくマルチパス情報と、前記算出位置情報と実際の位置情報との誤差情報と、を対応付けたマルチパス誤差データベースを生成し、前記測位信号を受信信号として受信した位置の位置情報を、前記各衛星からの前記受信信号に基づき補正前位置情報として算出し、前記受信信号を受信した時刻に対応する前記恒星時と、前記補正前位置情報と、前記各衛星からの前記受信信号の受信強度に基づくマルチパス情報と、に対応する前記誤差情報を前記マルチパス誤差データベースから取得し、取得した当該誤差情報を用いて前記補正前位置情報を補正する、ものである。

本開示により、マルチパス情報に基づき位置情報を補正可能な衛星測位システム及び方法を提供することが可能となる。

実施の形態１にかかる衛星測位システムの構成を示すブロック図である。 マルチパス信号の概要を説明する概略図である。 マルチパス誤差ＤＢの概要を示す概略図である。 実施の形態２にかかる衛星測位システムの構成を示すブロック図である。 マルチパス誤差ＤＢ生成部の構成を示すブロック図である。 マルチパス誤差ＤＢを生成する処理の流れを示すフローチャートである。 マルチパス誤差ＤＢを使用する処理の流れを示すフローチャートである。 マルチパス信号を識別する方法の概要を示す概略図である。 実施の形態３にかかる衛星測位システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態４にかかる衛星測位システムの構成を示すブロック図である。 関連技術にかかる誤差ＤＢ（Ｄａｔａ Ｂａｓｅ）の概要を示す概略図である。 関連技術を用いて、誤差を補正する方法の概要を示す概略図である。 関連技術を用いて誤差の補正に成功するケースを示す概略図である。 関連技術を用いて誤差の補正に失敗するケースを示す概略図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態１にかかる衛星測位システム１の機能構成を示すブロック図である。衛星測位システム１は、マルチパス誤差ＤＢ（Ｄａｔａ Ｂａｓｅ）生成部２０と、位置情報使用部５０と、位置補正処理部６０とを備える。

マルチパス誤差ＤＢ生成部２０は、複数の衛星の軌道位置に基づく恒星時ごとに、複数の参照地点のそれぞれについて、各衛星からの測位信号に基づき算出された算出位置情報と、前記各衛星からの前記測位信号の受信強度に基づくマルチパス情報と、前記算出位置情報と実際の位置情報との誤差情報と、を対応付けたマルチパス誤差ＤＢを生成する。なお、マルチパス誤差ＤＢは、マルチパス誤差データベースとも呼ぶ。マルチパス誤差ＤＢ生成部２０は、マルチパス誤差データベース生成部とも呼ぶ。

恒星時とは、地上から見て衛星の軌道位置が同じように見える時間を表す。例えば、ＧＰＳ衛星は、１１時間５８分ごとに同じ位置に現れることが知られている。前に同恒星時となった時刻を前恒星日、次に同恒星時となる時刻を次恒星日とも呼ぶ。

複数の参照地点は、実際の位置情報が既知の地点であってもよい。実際の位置情報が既知の地点とは、例えば、電子基準点や、建造物に受信機を取り付けた地点等である。また、実際の位置情報は、ジャイロセンサ等により測定されてもよい。マルチパス情報は、各衛星から受信した測位信号の受信強度であってもよく、各衛星から受信した測位信号の受信強度の比であってもよい。誤差情報は、例えば、実際の位置情報を示す３次元ベクトルと、算出位置情報を示す３次元ベクトルとの差分をとる処理を行うことによって得られる３次元ベクトルであってもよい。

位置情報使用部５０は、上記各衛星からの測位信号を受信信号として受信した位置の位置情報を、当該受信信号に基づき補正前位置情報として算出する。マルチパス信号を受信した場合、補正前位置情報には、誤差が含まれていることとなる。

位置補正処理部６０は、受信信号を受信した時刻に対応する上記恒星時と、上記補正前位置情報と、上記受信信号の受信強度に基づくマルチパス情報と、に対応する上記誤差情報をマルチパス誤差ＤＢから取得し、取得した当該誤差情報を用いて上記補正前位置情報を補正する。即ち、位置補正処理部６０は、マルチパス情報、恒星時、及び補正前位置情報をキーとして、マルチパス誤差ＤＢを検索し、対応する地点における誤差情報を取得する。そして、位置補正処理部６０は、取得した誤差情報を用いて、補正前位置情報を補正する。

実施の形態１にかかる衛星測位システムは、測位信号の受信強度に基づくマルチパス情報と、誤差情報とを対応付けたマルチパス誤差ＤＢを備える。したがって、当該衛星測位システムは、受信信号の受信強度に応じて、適切な誤差情報をデータベースから抽出し、位置情報を補正することができる。

尚、衛星測位システム１は、図示しない構成としてプロセッサ、メモリ及び記憶装置を備えるものである。また、当該記憶装置には、本実施形態にかかる衛星測位方法の処理が実装されたコンピュータプログラムが記憶されている。そして、当該プロセッサは、記憶装置からコンピュータプログラムを前記メモリへ読み込ませ、当該コンピュータプログラムを実行する。これにより、前記プロセッサは、マルチパス誤差ＤＢ生成部２０、位置情報使用部５０、及び位置補正処理部６０の機能を実現する。

または、マルチパス誤差ＤＢ生成部２０、位置情報使用部５０、及び位置補正処理部６０は、それぞれが専用のハードウェアで実現されていてもよい。また、各装置の各構成要素の一部又は全部は、汎用または専用の回路（circuitry）、プロセッサ等やこれらの組合せによって実現されてもよい。これらは、単一のチップによって構成されてもよいし、バスを介して接続される複数のチップによって構成されてもよい。各装置の各構成要素の一部又は全部は、上述した回路等とプログラムとの組合せによって実現されてもよい。また、プロセッサとして、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等を用いることができる。

また、衛星測位システム１の各構成要素の一部又は全部が複数の情報処理装置や回路等により実現される場合には、複数の情報処理装置や回路等は、集中配置されてもよいし、分散配置されてもよい。例えば、情報処理装置や回路等は、クライアントサーバシステム、クラウドコンピューティングシステム等、各々が通信ネットワークを介して接続される形態として実現されてもよい。また、衛星測位システム１の機能がＳａａＳ（Software as a Service）形式で提供されてもよい。

実施の形態２
実施の形態２は、上述した実施の形態１の具体例である。実施の形態２にかかる衛星測位システム１ａは、測位衛星からの信号が届きにくい地点である入り組んだ路地などにおいて測位を行う。衛星測位システム１ａは、一定時間間隔で、恒星時と、衛星測位による算出位置情報と、各測位信号のマルチパス情報と、実際に存在する位置と算出位置情報との誤差情報と、を格納し、マルチパス誤差ＤＢを構築する。マルチパス誤差ＤＢを構築した後、衛星測位システム１ａは、恒星時と、衛星測位による算出位置情報と、各測位信号のマルチパス情報と、を用いて誤差情報を参照する。

常時全地点を測定しＤＢとして保持することは困難であるため、衛星測位システム１ａは、測位を行った時間に最も近い恒星時における誤差情報を参照してもよい。また、衛星測位システム１ａは、マルチパスが発生しているかどうかの状況が変化しないように、マルチパス情報が大きく変化せず、かつ算出位置情報が近い位置の誤差情報を参照してもよい。さらに、受信機の性能差、受信機の使用環境による依存性を減らすために、衛星測位システム１ａは、各衛星からの測位信号の信号強度（受信強度）比をマルチパス情報として使用してもよい。

図３を用いて、衛星測位システム１ａが使用するマルチパス誤差ＤＢ４０について説明する。マルチパス誤差ＤＢ４０には、恒星時ごとに、各衛星との光路距離、各信号がマルチパスであるか直接波であるか、及び誤差情報が登録されている。なお、図示を省略しているが、マルチパス誤差ＤＢ４０には、算出位置情報と、マルチパス情報とが登録されているものとする。

マルチパス誤差ＤＢ４０は、複数の参照地点についての誤差情報が登録されている。１行目に対応する参照地点は、各衛星から直接波を受信しており、マルチパス誤差がないため、誤差情報は登録されていない。２行目に対応する参照地点は、衛星Ｙからマルチパス信号を受信しているため、誤差情報として３次元ベクトルが登録されている。図示を省略しているが、３行目及び４行目もマルチパス信号を受信しているため、誤差情報が登録されることとなる。衛星測位システム１ａは、このように、マルチパスを含む測位に対して補正を行う。

図４は、衛星測位システム１ａの構成を示すブロック図である。衛星測位システム１ａは、ＤＢ生成フェーズと、ＤＢ運用フェーズとで構成される。ＤＢ生成フェーズは、誤差ＤＢ生成処理実行部１０と、マルチパス誤差ＤＢ生成部２０と、地上位置測位部３０と、マルチパス誤差ＤＢ４０とで構成される。ＤＢ運用フェーズは、ＤＢ生成フェーズで生成されたマルチパス誤差ＤＢ４０と、位置情報使用部５０と、位置補正処理部６０と、補正後位置情報出力部７０とで構成される。なお、衛星測位システム１ａの動作については後述する。

図５は、マルチパス誤差ＤＢ生成部２０の構成を示すブロック図である。マルチパス誤差ＤＢ生成部２０は、衛星測位部２０１と、地上位置算出部２０２と、誤差情報算出部２０３と、マルチパス誤差ＤＢ登録部２０４とを備える。衛星測位部２０１は、衛星からの測位信号を受信する機能を備えており、マルチパス情報の取得と、衛星との間の光路距離の算出とを行う。地上位置算出部２０２は、光路距離を用いて３次元での現在位置の算出と、自身の時刻誤差の補正を行う。誤差情報算出部２０３は、算出位置情報と地上位置の位置情報との誤差情報を、３次元ベクトルで算出する。マルチパス誤差ＤＢ登録部２０４は、恒星時、算出位置情報、マルチパス情報、及び誤差情報をマルチパス誤差ＤＢ４０へ格納する。なお、マルチパス誤差ＤＢ生成部２０の動作については後述する。

次に、衛星測位システム１ａの動作について説明する。まず、図４を用いてＤＢ生成フェーズについて説明する。まず、誤差ＤＢ生成処理実行部１０は、マルチパス誤差ＤＢ生成部２０へ誤差ＤＢ生成指示を送る。誤差ＤＢ生成指示を受け取ると、マルチパス誤差ＤＢ生成部２０は、地上位置測位部３０へ地上位置要求を送る。地上位置要求を受け取ると、地上位置測位部３０は、測位を行って地上位置を取得し、マルチパス誤差ＤＢ４０構築の際に真値として用いられる地上位置を、マルチパス誤差ＤＢ生成部２０へ渡す。最後に、マルチパス誤差ＤＢ生成部２０は、衛星測位を行い、内部で算出した算出位置情報と、恒星時と、マルチパス情報と、地上位置と算出位置情報との誤差情報と、をマルチパス誤差ＤＢ４０へ格納する。

例えば、マルチパス誤差ＤＢ生成部２０及び地上位置測位部３０は受信機に搭載されており、マルチパス誤差ＤＢ生成部２０は衛星測位を行い、地上位置測位部３０は衛星測位以外の方法で地上位置の測位を行ってもよい。

なお、衛星測位システム１ａは、地上位置測位部３０の代わりに地上位置ＤＢ（不図示）を備えてもよい。地上位置ＤＢには、電子基準点等の実際の位置が既知の地点が登録されているものとする。衛星測位システム１ａは、これらの地点を用いてマルチパス誤差ＤＢを生成してもよい。

次に、図５を用いて、ＤＢ生成フェーズにおけるマルチパス誤差ＤＢ生成部２０の動作について説明する。衛星測位部２０１は、誤差ＤＢ生成処理実行部１０から誤差ＤＢ生成指示を受け取り、衛星測位を行う。衛星測位部２０１は、光路距離を地上位置算出部２０２へ渡し、マルチパス情報をマルチパス誤差ＤＢ登録部２０４へ渡す。地上位置算出部２０２は、受け取った光路距離に基づいて受信機の位置を算出する。地上位置算出部２０２は、算出位置情報を誤差情報算出部２０３とマルチパス誤差ＤＢ登録部２０４とに渡し、恒星時をマルチパス誤差ＤＢ登録部２０４に渡す。誤差情報算出部２０３は、地上位置測位部３０へ地上位置要求を送り、地上位置を受け取る。その後、誤差情報算出部２０３は、受け取った算出位置情報と地上位置とを用いて２つの位置の間の誤差情報を算出する。そして、誤差情報算出部２０３は、算出した誤差情報をマルチパス誤差ＤＢ登録部２０４へ渡す。最後に、マルチパス誤差ＤＢ登録部２０４は、受け取った恒星時、算出位置情報、マルチパス情報、及び誤差情報をまとめてマルチパス誤差情報とし、マルチパス誤差ＤＢ４０に格納する。

次に、図４を用いて、ＤＢ運用フェーズについて説明する。まず、位置情報使用部５０は、位置情報使用部５０の内部で算出又は測定した恒星時、補正前位置情報、及びマルチパス情報を位置補正処理部６０に渡す。位置補正処理部６０は、恒星時、補正前位置情報、及びマルチパス情報を受け取り、ＤＢ生成フェーズにおいて生成したマルチパス誤差ＤＢ４０へクエリを送り、誤差情報を受け取る。位置補正処理部６０は、受け取った誤差情報を用いて、補正前位置情報を補正し、補正後位置情報を補正後位置情報出力部７０へ渡す。補正後位置情報出力部７０は、受け取った補正後位置情報を位置情報使用部５０に渡す。

次に、ＤＢ運用フェーズにおける位置情報使用部５０の動作について説明する。位置情報使用部５０は、位置情報要求部５０１と、衛星測位部５０２と、地上位置算出部５０３と、誤差ＤＢ参照処理実行部５０４と、補正後位置情報入力部５０５とを備える。

まず、位置情報要求部５０１は、位置情報要求を衛星測位部５０２に渡す。次に、衛星測位部５０２は、衛星測位を行い、各衛星との光路距離と、マルチパス情報とを取得する。衛星測位部５０２は、光路距離を地上位置算出部５０３へ渡し、マルチパス情報を誤差ＤＢ参照処理実行部５０４へ渡す。地上位置算出部５０３は、受け取った光路距離を用いて地上位置の算出と内部時刻の補正とを行い、恒星時と算出位置情報とを誤差ＤＢ参照処理実行部５０４へ渡す。当該算出位置情報を、補正前位置情報とも呼ぶ。

誤差ＤＢ参照処理実行部５０４は、受け取った恒星時と、算出位置情報と、マルチパス情報とを位置補正処理部６０へ渡す。位置情報使用部５０の外部において、前述した位置補正処理部６０、マルチパス誤差ＤＢ４０、及び補正後位置情報出力部７０が誤差補正の処理を行った後、補正後位置情報入力部５０５は、補正後位置情報を受け取る。最後に、補正後位置情報入力部５０５が、補正後位置情報を位置情報要求部５０１へ渡す。以上の処理により、マルチパス情報を用いた位置情報の補正が可能となる。

次に、図６及び図７に示すフローチャートを用いて、衛星測位システム１ａが行う処理の流れについて説明する。図６はマルチパス誤差ＤＢ４０を構築する際の処理の流れを示し、図７はマルチパス誤差ＤＢ４０を用いた位置補正処理の流れを示す。

まず、図６を参照して、マルチパス誤差ＤＢ４０の作成を開始した後の動作について説明する。まず、衛星測位システム１ａは、衛星測位を実施し、衛星との光路距離及びマルチパス情報を取得する（ステップＳ１０１）。次に、衛星測位システム１ａは、各衛星との光路距離を用いて算出位置情報を算出する（ステップＳ１０２）。次に、衛星測位システム１ａは、算出位置情報と実際の位置情報との誤差情報を算出する（ステップＳ１０３）。最後に、衛星測位システム１ａは、マルチパス誤差ＤＢ４０へアクセスし、恒星時、算出位置情報、マルチパス情報、及び誤差情報を格納する（ステップＳ１０４）。以上の処理により、マルチパス誤差ＤＢ４０が構築される。

次に、図７を参照して、マルチパス誤差ＤＢ４０を用いた位置補正処理を開始した後の動作を説明する。まず、衛星測位システム１ａは、衛星測位を実施し、衛星との光路距離及びマルチパス情報を取得する（ステップＳ２０１）。次に、衛星測位システム１ａは、衛星との光路距離を用いて補正前位置情報を算出する（ステップＳ２０２）。次に、衛星測位システム１ａは、受信した信号がマルチパス信号であるか否かを判定する（ステップＳ２０３）。マルチパス信号を受信していない場合（ステップＳ２０３のＮｏ）、衛星測位システム１ａは、後述するステップＳ２０６の処理に移行する。なお、マルチパス信号か否かを判定する方法の詳細については後述する。

マルチパス信号を受信していた場合（ステップＳ２０３のＹｅｓ）、衛星測位システム１ａは、マルチパス誤差ＤＢ４０へアクセスし、過去の恒星日における同恒星時の誤差情報を取得する（ステップＳ２０４）。次に、衛星測位システム１ａは、誤差情報を用いて補正前位置情報を補正する（ステップＳ２０５）。

ステップＳ２０５で補正前位置情報を補正した後、又はマルチパス信号を受信していない場合（ステップＳ２０３のＮｏ）、衛星測位システム１ａは、現在位置の算出を完了する（ステップＳ２０６）。つまり、マルチパス信号を受信していた場合は、ステップＳ２０２で算出した算出位置情報を補正したものが現在位置となり、マルチパス信号を受信していない場合は、ステップＳ２０２で算出した算出した算出位置情報が現在位置となる。

次に、図７のステップＳ２０３におけるマルチパス信号の判定方法について説明する。マルチパス信号を判定する際には、様々な公知技術を用いることができる。このような技術として、指向性のあるアンテナを用いて信号の到来方向を識別する技術や、ＧＰＳ信号のドップラーシフトを用いて信号の到来方向を識別する技術が知られている。どちらの場合も、衛星の存在する以外の方向から、当該衛星の信号が到来した場合にマルチパス信号と判定する方法である。

また、各衛星からの測位信号の受信強度を用いてマルチパス信号を判定してもよい。マルチパス信号は、衛星からの信号が反射又は回折することにより減衰することが期待される。例えば、受信した信号強度（受信強度）が、予測値と一定以上の差があった場合にマルチパス信号であると判定されてもよい。ここで、受信強度の予測値は、受信位置と、衛星の軌道位置との関係から算出することが可能である。

図８は、測位信号の受信強度からマルチパス信号か否かを判定する方法の概要を示す概略図である。実線は、上述した信号の受信強度の予測値を表す。そして、点線は、予測される信号強度の上限と下限とを表す。したがって、点線の間の領域に位置する受信信号は、直接波と判定されている。そして、受信強度が上限以上、又は下限以下の信号は、マルチパス信号と判定されている。

図８において、マルチパス信号と判定される範囲は、｜Ａ（ｔ）－Ｅ（ｔ）｜＞τとして表現される。ここで、ｔは時刻を表し、Ａ（ｔ）は時刻ｔにおける受信強度を表し、Ｅ（ｔ）は時刻ｔにおける受信強度の推定値を表し、τは所定の閾値を表す。τは、許容される誤差ともいえる。

実施の形態２にかかる衛星測位システムは、マルチパス誤差ＤＢ４０を用いて補正を行うことにより、衛星測位において、恒星日と測位地点とに依存する誤差の補正を行うことができる。

以下、本実施の形態の効果について詳細に説明する。衛星を用いた測位における大きな誤差原因としては、電離層による遅延と、マルチパス信号による遅延とが存在しており、市街地ではマルチパス信号による誤差が支配的となることが知られている。電離層による遅延について、衛星から２つの周波数の信号を受信する方法、衛星が電離層遅延の補正用信号を配信する方法、地球上で座標が既知の基準点での電離層遅延値を用いて補正する方法等が知られている。用途に合わせた補正方法を選択することにより、適切な補正を行うことが可能となる。

一方、マルチパス信号については測位地点の周辺環境（ビル街、谷など）に依存するため補正が困難であり、測位精度の向上のため、「測位に使用しない」という方法が取られる場合が多かった。本実施の形態では、本来はノイズとなるマルチパス信号を測位に活用することにより、本来衛星測位の精度が悪い地点の精度を向上させることができる。ここで、衛星測位システム１ａは、特許文献１に記載された技術とは異なり、各衛星からの光路距離が等しい地点の識別が可能であるため、誤った誤差情報の参照を回避できる。

なお、マルチパス誤差ＤＢ４０に格納するマルチパス情報は、衛星からの測位信号を直接受信する場合の測定値と、マルチパス信号を受信した場合の測定値とが異なる物理量であれば、どのような物理量であってもよい。マルチパス情報は、公知のマルチパス検出手段を用いて求められる量であってもよい。また、マルチパス情報は、マルチパスか否かを示すフラグであってもよい。また、マルチパス信号は、反射又は回折により減衰することが期待されるため、すでに述べた通り、信号の受信強度をマルチパス情報として用いてもよい。

また、マルチパス誤差ＤＢ４０に格納する、衛星測位による算出位置情報と実際に存在する位置との誤差情報は、実際に存在する位置の情報に実際の時刻情報が加えられた情報を用いて算出されてもよい。このような場合、誤差情報は、３次元の位置補正ベクトルに時刻補正を加えた４次元ベクトルとなり、時刻に対してもマルチパス誤差の補正を行うことが可能となる。

衛星測位システム１ａは、マルチパス情報が一定の閾値を超えた場合にのみ、マルチパス誤差ＤＢ４０を参照して位置の補正を行ってもよい。このような場合、マルチパス誤差ＤＢ４０に格納される情報量を低減することができる。

誤差情報を算出する際に用いられる衛星測位における算出位置と、実際に存在する位置とに関して、実際に存在する位置の位置情報も、衛星測位によって決定されてよい。このような場合、実際に存在する位置の測位の方が、算出位置の測位よりも精度が高くなければならない。

また、実際に存在する位置が既知の場合、マルチパス誤差ＤＢ４０を用いて、恒星時、各衛星との光路距離、及びマルチパス誤差情報のいずれかまたは全てを逆引きして取得することができる。

さらに、ある地点において、恒星時、衛星測位による算出位置情報、マルチパス誤差情報、及び実際に存在する位置との誤差情報が既知の場合、マルチパス誤差ＤＢ４０に格納されているデータとの差異を用いて、マルチパス信号による誤差以外の誤差の見積もりを行うことができる。

マルチパス誤差以外の誤差は、例えば、電離層遅延による誤差（電離層誤差）である。マルチパス誤差のみを取り除くことによって、測位誤差は、電離層遅延のみとなる。実際の位置情報が既知の場合、当該測位誤差から、電離層遅延の影響を見積もることができる。なお、電離層誤差は、太陽活動にも依存するため、誤差情報のうち複数恒星日の平均値を用いる必要がある。

実施の形態３
実施の形態３にかかる衛星測位システム１ｂは、カーナビゲーション（以下、カーナビと称す）を用いてマルチパス誤差ＤＢを生成する。カーナビの加速度計による推定位置と、衛星測位位置との間に一定以上の差がある場合に、測位地点にフラグを立てておき、次恒星日以降の同恒星時にＧＰＳ測定機器を用いて測位を実施するという方法である。このような場合、マルチパス誤差が一定以上になる地点のみ実測を行うこととなるため、測定の手間を減らすことができる。また、高性能なジャイロセンサを搭載した車両を用いて、マルチパス誤差ＤＢ４０を作成してもよい。

図９を用いて、実施の形態３にかかる衛星測位システム１ｂについて説明する。図９は、衛星測位システム１ｂの構成を示すブロック図である。誤差ＤＢ生成判定部９０とマルチパス地点ＤＢ１００とがＤＢ生成フェーズに追加されている点が、実施の形態２と異なっている。誤差ＤＢ生成判定部９０は、マルチパス誤差が生じている地点をマルチパス地点ＤＢ１００に登録する。誤差ＤＢ生成判定部９０は、誤差データベース生成判定部とも呼ぶ。誤差ＤＢ生成処理実行部１１０は、マルチパス地点ＤＢ１００へクエリを送り、マルチパス地点情報を取得する。その後、例えば、誤差ＤＢ生成処理実行部１１０及びマルチパス誤差ＤＢ生成部２０を搭載した車両等が実際にマルチパス地点へ移動し、誤差ＤＢ生成処理実行部１１０は、マルチパス誤差ＤＢ生成部２０へ誤差ＤＢ生成指示を送る。マルチパス誤差ＤＢ生成部２０は、マルチパス地点を参照地点として、マルチパス誤差ＤＢ４０を生成する。その後の処理及びＤＢ運用フェーズは、実施の形態２と同様であるため説明を省略する。

次に、誤差ＤＢ生成判定部９０について詳細に説明する。誤差ＤＢ生成判定部９０は、測位要求部９０１と、衛星測位部９０２と、地上位置算出部９０３と、ジャイロ位置算出部９０４と、前回測位位置ＤＢ９０５と、誤差算出部９０６とを備える。測位要求部９０１は、一定時間間隔で衛星測位部９０２及びジャイロ位置算出部９０４に測位処理を要求する。測位処理要求を受けた衛星測位部９０２は、衛星測位を行い、光路距離を地上位置算出部９０３へ渡す。地上位置算出部９０３は、光路距離を用いて算出位置Ａを誤差算出部９０６へ渡す。ジャイロ位置算出部９０４は、ジャイロセンサを備えており、自身の移動距離を測定することができる。ジャイロ位置算出部９０４は、測位処理要求を受け取ったのちに、前回測位位置ＤＢ９０５へクエリを送り、前回位置を取得する。ジャイロ位置算出部９０４は、衛星測位部９０２が測位を行った時刻と同時刻の自身の位置を算出し、誤差算出部９０６へ渡す。誤差算出部９０６は、衛星測位による算出位置Ａと、ジャイロセンサによる算出位置Ｂとを比較し、位置の間の距離が閾値ｄ以上となった場合に、マルチパス地点ＤＢ１００へ算出位置Ｂを登録する。

実施の形態３にかかる衛星測位システムは、マルチパス誤差が一定以上となる地点をマルチパス地点ＤＢ１００に登録することで、マルチパス誤差ＤＢ４０の作成コストを低減している。マルチパス地点の探索には、ジャイロを搭載したデバイスを使用することができる。

なお、ジャイロ以外の磁場、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、携帯基地局等を使用した測位手段を用いて、マルチパス地点ＤＢ１００を構築するための位置の算出が行われてもよい。換言すると、誤差ＤＢ生成判定部９０は、測位信号以外の手段を用いて算出された位置情報と、測位信号に基づいて算出された位置情報との差分が閾値を超えた地点を、マルチパス地点としてデータベースに登録することとなる。

実施の形態４
実施の形態４にかかる衛星測位システム１ｃは、シミュレーションを用いてマルチパス誤差ＤＢを生成する。衛星測位システム１ｃは、衛星の軌道位置、ビルや山等の地形の３Ｄモデルを用いて、衛星からの信号をシミュレーションすることでマルチパスの影響が大きくなる地点及び時刻を算出する。そして、衛星測位システム１ｃは、シミュレーションによって、実際の位置情報、算出位置情報、及びマルチパス誤差情報を取得し、データベース化する。

図１０を用いて、衛星測位システム１ｃについて説明する。図１０は、衛星測位システム１ｃの構成を示すブロック図である。マルチパス誤差ＤＢ生成部２０の代わりに、マルチパス誤差ＤＢ生成部１２０を備えている点が、実施の形態２とは異なる。マルチパス誤差ＤＢ生成部１２０は、誤差ＤＢ生成指示を受け取り、３Ｄ情報ＤＢ１２１から地形情報を取得し、測位衛星軌道情報ＤＢ１２２から衛星の軌道を取得し、衛星からの信号をシミュレーションすることでマルチパス情報を取得する。マルチパス誤差ＤＢ生成部１２０は、一定間隔の恒星時において、ある地点における衛星からの測位信号による算出位置情報、マルチパス情報を取得し、マルチパス誤差ＤＢ４０に格納する。即ち、マルチパス誤差ＤＢ生成部１２０は、当該取得結果に応じてマルチパス誤差ＤＢ４０を生成する。それ以外の構成は、実施の形態２と同様であるため説明を省略する。

次に、マルチパス誤差ＤＢ生成部１２０の動作について説明する。マルチパス誤差ＤＢ生成部１２０は、地形３Ｄ情報ＤＢ１２１と、測位衛星軌道情報ＤＢ１２２と、マルチパス地点シミュレーション部１２３とを備える。マルチパス地点シミュレーション部１２３は、誤差ＤＢ生成指示を受け取り、地形３Ｄ情報ＤＢ１２１と、測位衛星軌道情報ＤＢ１２２とへクエリを送り、地形３Ｄ情報と、測位衛星軌道情報とを受け取る。そして、マルチパス地点シミュレーション部１２３は、測位地点における地形情報と、測位衛星軌道情報とから、衛星からの測位信号の伝搬のシミュレーションを行い、マルチパスとなるマルチパス地点を算出する。そして、マルチパス地点シミュレーション部１２３は、マルチパス地点を参照地点として、測位信号の伝搬を、軌道情報と参照地点の周辺の地形情報とを用いてシミュレーションする。マルチパス地点シミュレーション部１２３は、シミュレーションにより、マルチパス誤差情報、恒星時、算出位置情報及び誤差情報を算出してマルチパス誤差ＤＢ４０へ格納する。

実施の形態４にかかる衛星測位システムは、信号伝搬のシミュレーションを行うことにより、実際に測定を行うよりもコストを下げつつ、より多くの地点の情報を含むマルチパス誤差ＤＢを生成することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ 衛星測位システム
２ａ、２ｂ、２ｃ 衛星
３ 受信機
４ａ、４ｂ１、４ｂ２、４ｃ 信号
１０、１１０ 誤差ＤＢ生成処理実行部
２０、１２０ マルチパス誤差ＤＢ生成部
１２１ 地形３Ｄ情報ＤＢ
１２２ 側衛星軌道情報ＤＢ
１２３ マルチパス地点シミュレーション部
２０１、５０２、９０２ 衛星測位部
２０２、５０３、９０３ 地上位置算出部
２０３ 誤差情報算出部
２０４ マルチパス誤差ＤＢ登録部
３０ 地上位置測位部
４０ マルチパス誤差ＤＢ
５０ 位置情報使用部
５０１ 位置情報要求部
５０４ 誤差ＤＢ参照処理実行部
５０５ 補正後位置情報入力部
６０ 位置補正処理部
７０ 補正後位置情報出力部
９０ 誤差ＤＢ生成判定部
９０１ 測位要求部
９０４ ジャイロ位置算出部
９０５ 前回測位位置ＤＢ
９０６ 誤差算出部
１００ マルチパス地点ＤＢ

Claims (8)

1. 複数の衛星の軌道位置に基づく恒星時ごとに、複数の参照地点のそれぞれについて、各衛星からの測位信号に基づき算出された算出位置情報と、前記各衛星からの前記測位信号の受信強度に基づくマルチパス情報と、前記算出位置情報と実際の位置情報との誤差情報と、を対応付けたマルチパス誤差データベースを生成するマルチパス誤差データベース生成部と、
   前記測位信号を受信信号として受信した位置の位置情報を、前記各衛星からの前記受信信号に基づき補正前位置情報として算出する位置情報使用部と、
   前記受信信号を受信した時刻に対応する前記恒星時と、前記補正前位置情報と、前記各衛星からの前記受信信号の受信強度に基づくマルチパス情報と、に対応する前記誤差情報を前記マルチパス誤差データベースから取得し、取得した当該誤差情報を用いて前記補正前位置情報を補正する位置補正処理部と、
   を備える衛星測位システム。
2. 前記マルチパス情報は、前記各衛星からの前記測位信号の受信強度の比である、
   請求項１に記載の衛星測位システム。
3. 前記衛星測位システムは、
   前記測位信号以外の手段を用いて算出された位置情報と、前記測位信号を用いて算出された位置情報との差分が閾値を超えた地点を、複数のマルチパス地点としてデータベースに登録する誤差データベース生成判定部、
   をさらに備え、
   前記マルチパス誤差データベース生成部は、
   前記複数のマルチパス地点を前記複数の参照地点として、前記マルチパス誤差データベースを生成する、
   請求項１または２のいずれかに記載の衛星測位システム。
4. 前記マルチパス誤差データベース生成部は、
   前記測位信号の伝搬を、前記複数の衛星の軌道情報と、前記複数の参照地点のそれぞれの周辺の地形情報とを用いてシミュレーションすることにより、前記恒星時、前記マルチパス情報、前記算出位置情報、及び前記誤差情報を取得し、取得結果に応じて前記マルチパス誤差データベースを生成する、
   請求項１または２のいずれかに記載の衛星測位システム。
5. 複数の衛星の軌道位置に基づく恒星時ごとに、複数の参照地点のそれぞれについて、各衛星からの測位信号に基づき算出された算出位置情報と、前記各衛星からの前記測位信号の受信強度に基づくマルチパス情報と、前記算出位置情報と実際の位置情報との誤差情報と、を対応付けたマルチパス誤差データベースを生成し、
   前記測位信号を受信信号として受信した位置の位置情報を、前記各衛星からの前記受信信号に基づき補正前位置情報として算出し、
   前記受信信号を受信した時刻に対応する前記恒星時と、前記補正前位置情報と、前記各衛星からの前記受信信号の受信強度に基づくマルチパス情報と、に対応する前記誤差情報を前記マルチパス誤差データベースから取得し、取得した当該誤差情報を用いて前記補正前位置情報を補正する、
   衛星測位方法。
6. 前記マルチパス情報は、前記各衛星からの前記測位信号の受信強度の比である、
   請求項５に記載の衛星測位方法。
7. 前記測位信号以外の手段を用いて算出された位置情報と、前記測位信号を用いて算出された位置情報との差分が閾値を超えた地点を、複数のマルチパス地点としてデータベースに登録し、
   前記複数のマルチパス地点を前記複数の参照地点として、前記マルチパス誤差データベースを生成する、
   請求項５または６のいずれかに記載の衛星測位方法。
8. 前記測位信号の伝搬を、前記複数の衛星の軌道情報と、前記複数の参照地点のそれぞれの周辺の地形情報とを用いてシミュレーションすることにより、前記恒星時、前記マルチパス情報、前記算出位置情報、及び前記誤差情報を取得し、取得結果に応じて前記マルチパス誤差データベースを生成する、
   請求項５または６のいずれかに記載の衛星測位方法。

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