JP2022074698A - Ｇｎｓｓを用いた車両の測位に用いる擬似距離誤差の評価指標及び測位解の信頼性指標を求める方法及びサイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法、及びｇｎｓｓを用いた車両の測位方法及びその装置 - Google Patents

Ｇｎｓｓを用いた車両の測位に用いる擬似距離誤差の評価指標及び測位解の信頼性指標を求める方法及びサイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法、及びｇｎｓｓを用いた車両の測位方法及びその装置 Download PDF

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Takashi Kunito
知 北村
Satoru Kitamura
春生 山本
Haruo Yamamoto
隆太 中曽根
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Abstract

【課題】 ＧＮＳＳを用いた車両の測位における擬似距離誤差の評価指標及び測位解の信頼性指標を求める方法と、サイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法と、この擬似距離誤差の評価指標及び測位解の信頼性指標を求める方法と、サイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法を利用したＧＮＳＳを用いた車両の測位方法及びその装置を提供する。【解決手段】 新しい擬似距離誤差の評価指標を用いてＧＮＳＳ衛星の検定を行うとともに、ユーザ局の電波環境をリアルタイムに反映させた測位解の信頼性指標を求め、この擬似距離誤差の評価指標と、測位解の信頼性指標を求める方法と、サイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法を利用して、ＧＮＳＳ衛星を検定し、ユーザ局の測位計算やユーザ局の電波環境をリアルタイムに反映させた測位解の信頼性指標の計算を行う。【選択図】 図２

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り 令和１年１１月６日、一般社団法人日本航空宇宙学会発行の第６３回宇宙科学技術連合講演会講演集、ＪＳＡＳＳ－２０１９－４４６７により発表 令和２年１０月２２日、ｈｔｔｐｓ：／／ｂｒａｎｃｈ．ｊｓａｓｓ．ｏｒ．ｊｐ／ｕｋａｒｅｎ６４／で公開された一般社団法人日本航空宇宙学会主催の第６４回宇宙科学技術連合講演会講演集、ＪＳＡＳＳ－２０２０－４１６１により発表
この発明は、ＧＮＳＳを用いた車両の測位に用いる擬似距離誤差の評価指標及び測位解の信頼性指標を求める方法と、この擬似距離誤差の評価指標及び測位解の信頼性指標を求める方法及びサイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法を利用したＧＮＳＳを用いた車両の測位方法及びその装置に関し、特に、ＧＮＳＳを用いた車両の測位において、受信データに含まれるユーザ局の電波環境に応じた擬似距離誤差をリアルタイムに抽出し、このリアルタイムに抽出したユーザ局の電波環境に応じた擬似距離誤差を測位解の信頼性に反映するための擬似距離誤差の評価指標と、この擬似距離誤差の評価指標により測位計算に用いるＧＮＳＳ衛星を選択し、この選択したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位計算を行って測位解を求めるとともに、その測位解の信頼性指標を求めることでユーザ局の電波環境をリアルタイムに反映させた測位解の信頼性指標を求める方法と、受信データに含まれる搬送波位相観測値と擬似距離誤差の評価指標に用いる搬送波位相観測値のレプリカとを比較して検証することによりサイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法と、この擬似距離誤差の評価指標及び測位解の信頼性指標を求める方法及びサイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法を利用したＧＮＳＳを用いた車両の測位方法及びその装置である。
航空航法で利用されているＧＮＳＳ(Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ：全世界的航法衛星システム)を用いた測位における測位誤差を低減する方式として、衛星型衛星航法補強システム（Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｂａｓｅｄ Ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：以下、ＳＢＡＳと記す。）がある。このＳＢＡＳは、衛星故障、伝搬異常等の誤差要因を地上局で監視し、これらの誤差要因の補正情報と、この補正情報の信頼性の情報も併せて補強情報としてユーザ局に放送している。ユーザ局は、測位を行う際に、その補強情報を利用して、測位計算の結果である測位解（以下、単に測位解と記す。）とその信頼性指標（測位した結果にどの位の誤差が含まれているかという指標、ＳＢＡＳでは保護レベル（ＰＬ：Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｌｅｖｅｌ））を計算して評価することにより、誤差要因の影響を低減するとともに、信頼性が担保された測位を行うことが可能となっている。
このＳＢＡＳの様に測位解の信頼性を担保する方法として、特許文献１に記載の全地球航法衛星測定における誤差レベルを推定すると共に当該推定の信頼性を保証する方法、および当該方法を実装する全地球航法装置がある。特許文献１に記載の全地球航法衛星測定における誤差レベルを推定すると共に当該推定の信頼性を保証する方法は、図５に示すように、全地球航法装置に実装された、全地球航法衛星測定用の完全性パラメータを推定する方法において、方法は、全地球航法装置によって局所誤差を検知することと、地上拠点によって、衛星群に付随する誤差を検知することを含み、局所誤差σｌｏｃ，ｉを検知するステップは、熱雑音に起因する誤差を計算するステップＥｔｐ１１と、マルチパス効果に起因する雑音を計算するステップＥｔｐ１２とを含み、局所誤差は、熱雑音に起因する誤差とマルチパス効果に起因する雑音とを使用して計算され、方法はさらに、局所誤差と、衛星群に付随する誤差とを使用して、完全性パラメータを計算するステップを含む方法である。
特許第６２６２２４８号公報
ＳＢＡＳにおける測位解の信頼性指標である保護レベルを計算する際には、様々な誤差要因をモデル化して取り扱う必要がある。航空航法におけるユーザ局である航空機の電波環境は、地上における車両等の電波環境と比較すると、理想的な環境であるので、様々な誤差要因をモデル化しやすい。そのため、現状の航空航法では、電波環境をリアルタイムに考慮せずとも良く、航空機がどこにいても空であれば衛星を見通しやすい場所にいるので、様々な誤差要因を別々の条件で取り扱って測位解の信頼性指標の計算を行っている。また、現在の測位解の信頼性指標では、ユーザ局の擬似距離誤差を定常モデルとして取り扱っており、ユーザ局ではそのモデルから逸脱するような電波環境（遮蔽、マルチパス、電波干渉）による擬似距離品質の劣化を監視して検定統計量が閾値以上の擬似距離を排除した測位を実施している。
しかしながら、ある意味理想的な電波環境である航空機に対し、地上の車両は、山陰や周囲の建物、樹木等の遮蔽物により見通せない衛星の存在や、マルチパスの影響などによって、電波環境が理想的ではない。従って、誤差要因の影響を低減するとともに、信頼性が担保された測位を行うことが可能な航空航法で利用されているＳＢＡＳを、そのまま車両の測位に用いたとしても、ユーザ局である車両の電波環境は理想的ではないために、実用には適さない。
また、従来の擬似距離の品質監視による排除の方法では、電波環境が理想的ではないとともに、著しく変化するユーザ局の電波環境をリアルタイムで考慮せず一律の条件で取り扱っているため、条件に合わない擬似距離のＧＮＳＳ衛星を排除する必要が生じて可視衛星が測位に必要な衛星数（４つ以上）があっても測位不能となる時間が増大する課題がある。この課題を回避するため、単に擬似距離を排除する閾値を緩和するのみでは、測位解の信頼性指標が常時大きな値となって実用には適さないものとなる。
一方で、マルチパスの影響を低減する目的で、マルチパス誤差（マルチパス起源のレンジ誤差）を低減可能な効果を有するキャリアスムージング処理を利用した場合、地上を移動するユーザ局では、地上の遮蔽物により、搬送波位相観測値にサイクルスリップが発生しやすいという問題がある。ユーザ局走行時は周辺環境が変化し、地上の遮蔽物により容易に測位信号の遮蔽が発生する。この測位信号の遮蔽により、測位信号の瞬断が発生し、搬送波位相の追尾が外れるためである。一旦、搬送波位相の追尾が外れ、キャリアスムージング処理がリセットされた場合、再度衛星補足がされても、キャリアスムージング処理に用いられるスムージングフィルタが収束するまでの間（ＳＢＡＳの規格では１００秒間）は測位計算にその衛星を利用することが出来ない。そのため、地上では、可視衛星が測位に必要な衛星数があっても、キャリアスムージング処理によりマルチパス誤差を低減した衛星が、測位に必要な衛星数に満たない可能性がある。したがって、キャリアスムージング処理を維持するため、サイクルスリップを検出し、サイクルスリップが発生した場合には、適切に波数バイアスを修正する必要がある。
この発明は、このような課題を踏まえた上で、ＧＮＳＳを用いた車両の測位における新しい擬似距離誤差の評価指標及び測位解の信頼性指標を求める方法と、サイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法と、この擬似距離誤差の評価指標及び測位解の信頼性指標を求める方法と、サイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法とを利用したＧＮＳＳを用いた車両の測位方法及びその装置を提供することを目的とする。さらに、ＧＮＳＳを用いた車両の測位において、受信データに含まれるユーザ局の電波環境に応じた擬似距離誤差をリアルタイムに抽出し、このリアルタイムに抽出したユーザ局の電波環境に応じた擬似距離誤差を測位解の信頼性に反映するための擬似距離誤差の評価指標と、この擬似距離誤差の評価指標により測位計算に用いるＧＮＳＳ衛星を選択し、この選択したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位計算を行って測位解を求めるとともに、その測位解の信頼性指標を求めることでユーザ局の電波環境をリアルタイムに反映させた測位解の信頼性指標を求める方法と、受信データに含まれる搬送波位相観測値と擬似距離誤差の評価指標に用いる搬送波位相観測値のレプリカとを比較して検証することによりサイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法と、この擬似距離誤差の評価指標及び測位解の信頼性指標を求める方法と、サイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法とを利用したＧＮＳＳを用いた車両の測位方法及びその装置を提供することを目的とする。
請求項１に係る発明は、ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算を行うＧＮＳＳを用いた車両の測位に用いる擬似距離誤差の評価指標において、擬似距離誤差の評価指標は、擬似距離又はキャリアスムージング擬似距離の少なくとも一つと、ユーザ局とユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星との幾何学的変化から生成された搬送波位相観測値のレプリカとを組み合わせたＣＭＣによる指標であることを特徴とする擬似距離誤差の評価指標である。
請求項２に係る発明は、ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算を行うＧＮＳＳを用いた車両の測位に用いる擬似距離誤差の評価指標において、擬似距離誤差の評価指標は、複数の時定数により処理したキャリアスムージング擬似距離間の乖離量による指標であることを特徴とする擬似距離誤差の評価指標である。
請求項３に係る発明は、ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算を行うＧＮＳＳを用いた車両の測位に用いる擬似距離誤差の評価指標において、擬似距離誤差の評価指標は、擬似距離の変化、キャリアスムージング擬似距離の変化、又は搬送波位相観測値の変化とユーザ局とユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星との幾何学的距離の変化及び受信機時計ドリフトとの乖離量による指標であることを特徴とする擬似距離誤差の評価指標である。
請求項４に係る発明は、ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算を行うＧＮＳＳを用いた車両の測位に用いる擬似距離誤差の評価指標において、擬似距離誤差の評価指標は、複数周波数を用いた擬似距離、キャリアスムージング擬似距離、搬送波位相観測値のマルチパス誤差の差を利用した指標であることを特徴とする擬似距離誤差の評価指標である。
請求項５に係る発明は、ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算を行うＧＮＳＳを用いた車両の測位に用いる擬似距離誤差の評価指標において、擬似距離誤差の評価指標は、受信信号の自己相関結果の時間変動を利用した指標であることを特徴とする擬似距離誤差の評価指標である。
請求項６に係る発明は、請求項１～請求項５の何れかに係る発明において、擬似距離誤差の評価指標は、受信信号の自己相関結果及び搬送波位相観測値の時間変動を組み合わせた指標である。
請求項７に係る発明は、請求項１～請求項６の何れかに係る発明において、擬似距離誤差の評価指標は、コンステレーション毎の信号を使用した指標である。
請求項８に係る発明は、請求項１～請求項６の何れかに係る発明において、擬似距離誤差の評価指標は、異なるコンステレーションの信号を使用した指標である。
請求項９に係る発明は、擬似距離誤差の評価指標は、請求項１～請求項６に記載の擬似距離誤差の評価指標を同じコンステレーションの擬似距離誤差の評価指標同士で組み合わせた擬似距離誤差の評価指標であることを特徴とする擬似距離誤差の評価指標である。
請求項１０に係る発明は、擬似距離誤差の評価指標は、請求項１～請求項６に記載の擬似距離誤差の評価指標を異なるコンステレーションの擬似距離誤差の評価指標も含めて組み合わせた擬似距離誤差の評価指標であることを特徴とする擬似距離誤差の評価指標である。
請求項１１に係る発明は、請求項１～請求項１０の何れかに係る発明において、搬送波位相観測値は、（ａ）ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データの搬送波位相観測値と、（ｂ）ユーザ局とユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星との幾何学的変化から生成された搬送波位相観測値のレプリカとを比較して搬送波位相観測値を検証することにより、サイクルスリップを検出するとともに、サイクルスリップが生じたＧＮＳＳ衛星の受信データの搬送波位相観測値の波数バイアスを修正した搬送波位相観測値である。
請求項１２に係る発明は、請求項１～請求項１０の何れかに係る発明において、搬送波位相観測値は、（ａ）ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データの搬送波位相観測値と、（ｂ）請求項５に記載の擬似距離誤差の評価指標とを組み合わせることにより、サイクルスリップを検出し、（ｃ）ユーザ局とユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星との幾何学的変化から生成された搬送波位相観測値のレプリカを用いてサイクルスリップが生じたＧＮＳＳ衛星の受信データの搬送波位相観測値の波数バイアスを修正した搬送波位相観測値である。
請求項１３に係る発明は、ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算を行うＧＮＳＳを用いた車両の測位に用いる測位解の信頼性指標において、ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データに含まれるユーザ局の電波環境に応じた擬似距離誤差の評価指標を衛星毎にリアルタイムに抽出し、このリアルタイムに抽出した擬似距離誤差の評価指標から完全性を担保するのに必要十分なマルチパス誤差の限界値を衛星毎に求め、これら衛星毎に求めたマルチパス誤差の限界値からユーザ局の電波環境をリアルタイムに反映させた測位解の信頼性指標を求めることを特徴とする測位解の信頼性指標を求める方法である。
請求項１４に係る発明は、請求項１３に係る発明において、擬似距離誤差の評価指標は、請求項１～請求項１２の何れかに記載の擬似距離誤差の評価指標である。
請求項１５に係る発明は、ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算を行うＧＮＳＳを用いた車両の測位に用いるサイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法において、（ａ）ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データの搬送波位相観測値と、（ｂ）ユーザ局とユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星との幾何学的変化から生成された搬送波位相観測値のレプリカとを比較して搬送波位相観測値を検証することにより、サイクルスリップを検出するとともに、サイクルスリップが生じたＧＮＳＳ衛星の受信データの搬送波位相観測値の波数バイアスを修正することを特徴とするサイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法である。
請求項１６に係る発明は、ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算を行うＧＮＳＳを用いた車両の測位に用いるサイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法において、（ａ）ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データの搬送波位相観測値と、（ｂ）請求項５に記載の擬似距離誤差の評価指標とを組み合わせることにより、サイクルスリップを検出し、（ｃ）ユーザ局とユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星との幾何学的変化から生成された搬送波位相観測値のレプリカを用いてサイクルスリップが生じたＧＮＳＳ衛星の受信データの搬送波位相観測値の波数バイアスを修正することを特徴とするサイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法である。
請求項１７に係る発明は、ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データを用いてＧＮＳＳ衛星の検定を行うことによりユーザ局の測位計算に用いるＧＮＳＳ衛星を選択し、選択したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算やその測位解の信頼性指標の計算を行うＧＮＳＳを用いた車両の測位方法において、ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データに含まれるユーザ局の電波環境に応じた擬似距離誤差の評価指標を衛星毎にリアルタイムに抽出し、このリアルタイムに抽出した擬似距離誤差の評価指標から完全性を担保するのに必要十分なマルチパス誤差の限界値を衛星毎に求め、これら衛星毎に求めたマルチパス誤差の限界値を用いてＧＮＳＳ衛星の検定を行うことによりユーザ局の測位計算に用いるＧＮＳＳ衛星を選択し、選択したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算を行うとともに、ユーザ局の電波環境をリアルタイムに反映させた測位解の信頼性指標の計算を行うことを特徴とするＧＮＳＳを用いた車両の測位方法である。
請求項１８に係る発明は、請求項１７に係る発明において、擬似距離誤差の評価指標は、請求項１～請求項１２の何れかに記載の擬似距離誤差の評価指標である。
請求項１９に係る発明は、請求項１７～請求項１８の何れかに係る発明において、請求項１５～請求項１６の何れかに記載のサイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法を用いて、ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データからサイクルスリップを検出するとともに、この検出したサイクルスリップの波数バイアスを修正するものである。
請求項２０に係る発明は、請求項１７～請求項１９の何れかに係る発明において、コンステレーション毎に個別に測位解の計算とその信頼性指標の計算を行い、コンステレーション毎の測位解の信頼性指標を比較することにより測位性能の悪いコンステレーションを判断するとともに、この測位性能の悪いコンステレーションのＧＮＳＳ衛星の検定を行うことによりユーザ局の測位計算に用いるＧＮＳＳ衛星を選択するものである。
請求項２１に係る発明は、ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データを用いてＧＮＳＳ衛星の検定を行うことによりユーザ局の測位計算に用いるＧＮＳＳ衛星を選択する手段と、この選択したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算及びその測位解の信頼性指標の計算を行う手段とを有するＧＮＳＳを用いた車両の測位装置において、ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データに含まれるユーザ局の電波環境に応じた擬似距離誤差の評価指標を衛星毎にリアルタイムに抽出する手段と、このリアルタイムに抽出した擬似距離誤差の評価指標から完全性を担保するのに必要十分なマルチパス誤差の限界値を衛星毎に求める手段と、これら衛星毎に求めたマルチパス誤差の限界値を用いてＧＮＳＳ衛星の検定を行うことによりユーザ局の測位計算に用いるＧＮＳＳ衛星を選択し、選択したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算やユーザ局の電波環境をリアルタイムに反映させた測位解の信頼性指標の計算を行う手段とからなることを特徴とするＧＮＳＳを用いた車両の測位装置である。
請求項２２に係る発明は、請求項２１に係る発明において、擬似距離誤差の評価指標は、請求項１～請求項１２の何れかに記載の擬似距離誤差の評価指標である。
請求項２３に係る発明は、請求項２１～請求項２２の何れかに係る発明において、請求項１５～請求項１６の何れかに記載のサイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法を用いて、ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データからサイクルスリップを検出するとともに、この検出したサイクルスリップの波数バイアスを修正する手段をさらに有するものである。
請求項２４に係る発明は、請求項２１～請求項２３の何れかに係る発明において、コンステレーション毎に個別に測位解の計算とその信頼性指標の計算を行う手段と、コンステレーション毎の測位解の信頼性指標を比較することにより測位性能の結果が悪いコンステレーションを判断する手段と、この測位性能の悪いコンステレーションのＧＮＳＳ衛星の検定を行うことによりユーザ局の測位計算に用いるＧＮＳＳ衛星を選択する手段をさらに有するものである。
請求項１～請求項１０に係る発明は、上記のように構成したので、理想的な電波環境にある航空機と違って、電波環境が悪いとともに、著しく電波環境が変化するユーザ局（地上の車両）にも利用可能な新しい擬似距離誤差の評価指標を提供することが出来る。
請求項１３に係る発明は、上記のように構成したので、理想的な電波環境にある航空機と違って、電波環境が悪く、また著しく電波環境が変化するユーザ局（地上の車両）にも利用可能であるとともに、ユーザ局の電波環境をリアルタイムに反映させた測位解の信頼性指標を提供することが出来る。
請求項１１、請求項１２、請求項１５及び請求項１６に係る発明は、上記のように構成したので、著しく電波環境が変化するユーザ局（地上の車両）にも利用可能な新しい擬似距離誤差の評価指標を利用してサイクルスリップを検出することが出来るともに、波数バイアスを修正することが出来る。
請求項１７及び請求項２１に係る発明は、上記のように構成したので、理想的な電波環境にある航空機と違って、電波環境が悪く、また著しく電波環境が変化するユーザ局（地上の車両）にも利用可能なＧＮＳＳを用いた車両の測位方法及び装置を提供することが出来る。また、ＧＮＳＳ衛星の検定において、従来の方法では一律の条件で排除されていた（ＧＮＳＳ衛星の）擬似距離誤差であったとしても、そのＧＮＳＳ衛星の擬似距離誤差をリアルタイムに厳密に評価することで、そのＧＮＳＳ衛星を必ずしも排除せずに使えるようにして、ユーザ局の測位計算が可能である。さらに、ユーザ局の測位計算だけでなく、ユーザ局の電波環境をリアルタイムに反映させた測位解の信頼性指標を求めることが出来る。
請求項２０及び請求項２４に係る発明は、上記のように構成したので、測位性能の悪いコンステレーションを判断して検定出来るので、ユーザ局の測位計算や信頼性指標を求める際に、ユーザの電波環境をリアルタイムに反映させた適切なコンステレーションのＧＮＳＳ衛星を選択することが出来る。
請求項１４及び請求項１８及び請求項２２に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１～請求項１０と同様の効果がある。
請求項１９及び請求項２３に係る発明は、上記のように構成したので、請求項１１、請求項１２、請求項１５及び請求項１６と同様の効果がある。
この発明の第１の実施例を示すもので、この発明のＧＮＳＳを用いた車両の測位装置を示す模式図である。 この発明の第１の実施例を示すもので、この発明のＧＮＳＳを用いた車両の測位装置の演算部におけるＧＮＳＳを用いた車両の測位の際の処理を示すフローチャートである。 この発明の第２の実施例を示すもので、この発明のＧＮＳＳを用いた車両の測位に用いる擬似距離誤差の評価指標と、マルチパス誤差及びその限界値との関係性を示す図であり、（ａ）は擬似距離誤差の評価指標と、マルチパス誤差及びその限界値との関係性を示す図、（ｂ）は（ａ）における擬似距離誤差の評価指標Ｃ１に対応したマルチパス誤差の確率密度関数を示す図である。 この発明の第２の実施例を示すもので、この発明のＧＮＳＳを用いた車両の測位に用いる擬似距離誤差の評価指標と、マルチパス誤差及びその限界値との関係性を示す図であり、（ａ）は擬似距離誤差の評価指標と、マルチパス誤差及びその限界値との関係性を示す図、（ｂ）は（ａ）における擬似距離誤差の評価指標Ｃに対応したマルチパス誤差の確率密度関数を示す図である。 従来例を示すもので、全地球航法衛星測定における誤差レベルを推定すると共に当該推定の信頼性を保証する方法、および当該方法を実装する全地球航法装置を示す例示的なブロックフロー図である。
ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算を行うＧＮＳＳを用いた車両の測位方法において、ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データに含まれるユーザ局の電波環境に応じた擬似距離誤差の評価指標を衛星毎にリアルタイムに抽出し、このリアルタイムに抽出した擬似距離誤差の評価指標から完全性を担保するのに必要十分なマルチパス誤差の限界値を衛星毎に求め、これら衛星毎に求めたマルチパス誤差の限界値からユーザ局の電波環境をリアルタイムに反映させた測位解の信頼性指標を求める。
擬似距離誤差の評価指標は、擬似距離又はキャリアスムージング擬似距離の少なくとも一つと、ユーザ局とユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星との幾何学的変化から生成された搬送波位相観測値のレプリカとを組み合わせたＣＭＣによる指標、複数の時定数により処理したキャリアスムージング擬似距離間の乖離量による指標、擬似距離の変化、キャリアスムージング擬似距離の変化、又は搬送波位相観測値の変化とユーザ局とユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星との幾何学的距離の変化及び受信機時計ドリフトとの乖離量による指標、複数周波数を用いた擬似距離、キャリアスムージング擬似距離、搬送波位相観測値のマルチパス誤差の差を利用した指標、又は受信信号の自己相関結果の時間変動を利用した指標の何れかであり、または、これらの指標に受信信号の自己相関結果及び搬送波位相観測値の時間変動を組み合わせた指標であり、又はこれらの指標にさらにコンステレーション毎の信号を使用した指標であり、または、これらの指標にさらに異なるコンステレーションの信号を使用した指標、または、これらの指標を同じコンステレーションの指標同士で組み合わせた指標、または、これらの指標を異なるコンステレーションの指標も含めて組み合わせた指標、又はこれらの指標及びこれらの指標をコンステレーションも考慮して組み合わせた指標である。
サイクルスリップについては、（ａ）ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データの搬送波位相観測値と、（ｂ）ユーザ局とユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星との幾何学的変化から生成された搬送波位相観測値のレプリカとを比較して搬送波位相観測値を検証することにより、サイクルスリップを検出するとともに、サイクルスリップが生じたＧＮＳＳ衛星の受信データの搬送波位相観測値の波数バイアスを修正する、または、（ａ）ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データの搬送波位相観測値と、（ｂ）受信信号の自己相関結果の時間変動を利用した擬似距離誤差の評価指標とを組み合わせることにより、サイクルスリップを検出し、（ｃ）ユーザ局とユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星との幾何学的変化から生成された搬送波位相観測値のレプリカを用いてサイクルスリップが生じたＧＮＳＳ衛星の受信データの搬送波位相観測値の波数バイアスを修正する。
サイクルスリップを検出し、波数バイアスの修正を行い、これらの擬似距離誤差の評価指標の何れかの評価指標を用いてＧＮＳＳ衛星の検定を行うとともに、ユーザ局の電波環境をリアルタイムに反映させた測位解の信頼性指標を求め、コンステレーション毎の測位解の信頼性指標を比較することにより測位性能の悪いコンステレーションを判断して、この測位性能の悪いコンステレーションのＧＮＳＳ衛星の検定を行うことにより、
ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データを用いてＧＮＳＳ衛星の検定を行うことによりユーザ局の測位計算に用いるＧＮＳＳ衛星を選択し、選択したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算やその測位解の信頼性指標の計算を行うＧＮＳＳを用いた車両の測位方法において、
ユーザ局の測位計算に用いるＧＮＳＳ衛星を選択し、選択したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算を行うとともに、ユーザ局の電波環境をリアルタイムに反映させた測位解の信頼性指標の計算を行うＧＮＳＳを用いた車両の測位方法である。
この発明の第１の実施例を、図１～図２に基づいて詳細に説明する。
図１～図２は、この発明の第１の実施例を示すもので、図１はこの発明のＧＮＳＳを用いた車両の測位装置を示す模式図である。図２はこの発明のＧＮＳＳを用いた車両の測位装置の演算部におけるＧＮＳＳを用いた車両の測位の際の処理を示すフローチャートである。
図１に示すように、この発明のＧＮＳＳを用いた車両の測位装置１は、ＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）からの測位信号、即ち、衛星信号を利用して、ユーザ局３である地上の車両の測位を行う装置である。車両の測位装置１は、ユーザ局３の上部等の衛星信号を受信しやすい位置に配置されたアンテナ４と、受信機５と、演算部６と、表示部７と、地理空間情報データベース８と、慣性計測装置（ＩＭＵ）９と、カメラ１０と、タコジェネレータ１１とから構成されている。
ＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）は、ＧＰＳをはじめとするＧＮＳＳで用いられる航法衛星である。ＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）は、この実施例では３つの周波数（Ｌ１：１．５７５４２ＧＨｚ／Ｌ２：１．２２７６０ＧＨｚ／Ｌ５：１．１１７６４５ＧＨｚ）で運用されているＧＰＳ衛星であり、それぞれのＧＰＳ衛星は自身の軌道情報を含めて測位に必要な信号を送信している。このＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）から送信される信号が、衛星信号である。衛星信号は、この実施例では、Ｌ１帯の信号、即ち、Ｌ１の信号を用いており、衛星信号の信号処理・解析に用いる衛星信号の受信データは、Ｌ１信号の搬送波位相観測値を用いているが、Ｌ１信号以外の周波数帯も利用可能である。なお、ＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）は、Ｌ１帯、Ｌ２帯及びＬ５帯の３つの周波数帯の信号を送信しているアメリカのＧＰＳ衛星以外にも、Ｌ１帯、Ｌ２帯のみを送信し、Ｌ５帯の信号を送信していないＧＰＳ衛星や、ロシアのＧＬＯＮＡＳＳ衛星、日本の準天頂衛星、欧州のＧａｌｉｌｅｏ、中国の北斗、インドのＧＡＧＡＮなど、航法に利用可能な信号を伝送している衛星が利用可能である。また、ＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）から送信される衛星信号だけでなく、位置が既知で発信位置が与えられている地上基準局等の地上の送信局から送信される電波信号も併せて利用可能である。
ユーザ局３は、地上の車両、即ち、地上を移動する移動体であり、自動車などの陸上車両や鉄道の車両の他に、港湾内の船舶、空港面を移動する航空機などが含まれる。遮蔽物のない空中を飛行する航空機の理想的な電波環境と違い、ユーザ局３は、山陰や周囲の建物、樹木等の遮蔽物により見通せない衛星の存在や、マルチパスの影響などによって、電波環境が理想的ではないとともに、ユーザ局３の地上における移動により、その電波環境が著しく変化する。なお、この実施例では、ユーザ局３は鉄道の車両である。
受信機５は、アンテナ４で受信した衛星信号のＲＦ信号を受信処理可能な受信機であり、この受信信号、即ち、受信した衛星信号の受信データを演算部６に、有線、無線、オフラインの何れかの方法で送信している。また、受信機５は、主に航空航法で利用されているＳＢＡＳの補強情報（衛星故障、伝搬異常等の誤差要因の補正情報と、この補正情報の信頼性の情報）を受信する機能を有している。
演算部６は、入力された衛星信号の受信データの信号処理及び解析を行い、電波環境が著しく変化するユーザ局３の測位を行う機能を有しているとともに、ＧＮＳＳ衛星の受信データに含まれるユーザ局３の電波環境に応じた擬似距離誤差の評価指標をＧＮＳＳ衛星２毎にリアルタイムに抽出する機能と、リアルタイムに抽出した擬似距離誤差の評価指標から完全性を担保するのに必要十分なマルチパス起源のレンジ誤差であるマルチパス誤差の限界値をＧＮＳＳ衛星２毎に求める機能と、このＧＮＳＳ衛星２毎に求めたマルチパス誤差の限界値を用いてＧＮＳＳ衛星２の検定を行う機能と、ＧＮＳＳ衛星２の検定によりユーザ局３の測位計算に用いるＧＮＳＳ衛星２を選択し、この選択したＧＮＳＳ衛星２の受信データによりユーザ局３の測位計算の結果である測位解の計算を行うとともに、このＧＮＳＳ衛星２毎に求めたマルチパス誤差の限界値を反映させた測位解の信頼性指標の計算を行う機能とを有している。
表示部７は、演算部６で測位計算されたユーザ局３の位置と、このユーザ局３の測位解の信頼性指標を表示する機能を有している。
地理空間情報データベース８は、空間上の特定の地点または区域の位置を示す位置情報と、この位置情報に関連付けられた様々な事象に関する情報のデータベースであり、地理情報システム（ＧＩＳ：Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）のデータベースや線路位置の測量データに関するデータベースを含むものである。慣性計測装置（ＩＭＵ）９は、三次元の角速度と加速度を検出する装置であり、この実施例では地上の車両であるユーザ局３の並進運動と姿勢変化を検出するセンサである。カメラ１０は、ユーザ局３の周囲を撮像するとともに、この撮像したデータを演算部６で画像解析することにより、地上の車両であるユーザ局３が移動した幾何学的距離の変化を求めることが出来る。タコジェネレータ１１は、回転速度に比例した直流電圧を発生することにより回転速度を検出するとともに、ユーザ局３の車輪の回転数とその車輪径とから距離を求めることが出来るので、移動体であるユーザ局３が移動した幾何学的距離の変化を求めることが出来る。なお、地理空間情報データベース８、慣性計測装置（ＩＭＵ）９、カメラ１０及びタコジェネレータ１１は、何れも地上の車両であるユーザ局３の位置変化を求めるための構成であり、これらの何れかまたはこれらを組み合わせた構成としても良い。これらの構成から求められるユーザ局３の位置変化は、ユーザ局３と、ユーザ局３で受信したＧＮＳＳ衛星の幾何学的変化から生成された搬送波位相観測値のレプリカの生成に使用される。
次に、作用動作について、図１～図２に基づいて説明する。
まず、ＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）からの衛星信号を、ユーザ局３のアンテナ４で受信する。アンテナ４で受信した衛星信号のＲＦ信号が受信機５に入力され、これらの受信データは演算部６に送信される。この演算部６に入力された衛星信号の受信データをもとに、遮蔽やマルチパスなどの影響を受ける電波環境下を移動することにより電波環境が著しく変化するユーザ局３の測位を行うとともに、この測位解の信頼性指標の計算を行う。また、地理空間情報データベース８、慣性計測装置（ＩＭＵ）９、カメラ１０及びタコジェネレータ１１からのデータは、演算部６に送信され、演算部６は、これらのデータを用いて搬送波位相観測値のレプリカを生成し、この搬送波位相観測値のレプリカを用いて擬似距離誤差の評価指標を求めるとともに、サイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する。擬似距離誤差の評価指標及びサイクルスリップを検出した場合の波数バイアスの修正結果は、ユーザ局３の測位計算及び測位解の信頼性指標の計算に利用される。演算部６で計算されたユーザ局３の測位結果とその測位解の信頼性指標は、表示部７においてユーザ局３の位置とその測位解の信頼性指標として表示される。
次に、演算部６で行うユーザ局３の測位計算及びこの測位解の信頼性指標の計算について、図２に基づいて説明する。
まず、アンテナ４で受信したＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）からの衛星信号の受信データを、ＳＢＡＳの補強情報とともに演算部６に入力する（ステップ５０）。このＳＢＡＳの補強情報により異常衛星（衛星故障などを起こしているＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・））がないか確認し（ステップ５１）、異常衛星がある場合、当該ＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）をユーザ局３の測位計算に使用する衛星から排除する（ステップ５２）。さらに、演算部６に入力された受信データから、ＮＬＯＳ（Ｎｏｎ Ｌｉｎｅ ｏｆ Ｓｉｇｈｔ：不可視（衛星））のＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）をユーザ局３の測位計算に使用する衛星から排除する（ステップ５３）とともに、搬送波位相のサイクルスリップを検出（ステップ５４）する。サイクルスリップが検出されたＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）は、ユーザ局３の測位計算に使用する衛星から排除されるか、または波数バイアスの修正がされる。
このようにして異常衛星や不可視衛星を排除するとともに、サイクルスリップが検出されたことによりユーザ局３の測位計算に使用する衛星から排除されるか、または波数バイアスの修正がされたことにより選別されたＬＯＳ（Ｌｉｎｅ ｏｆ Ｓｉｇｈｔ：可視（衛星））のＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）の受信データに含まれるユーザ局３の電波環境に応じた擬似距離誤差の評価指標を計算し、ＧＮＳＳ衛星２毎にリアルタイムに抽出する（ステップ５５）。このリアルタイムに抽出された擬似距離誤差の評価指標から所望の完全性を担保するのに必要十分なマルチパス誤差の限界値をＧＮＳＳ衛星２毎に計算する（ステップ５６）。このＧＮＳＳ衛星２毎に求めたマルチパス誤差の限界値を用いてＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）の検定を行い、ユーザ局３の測位計算に用いるＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）を選定する。
この選定されたＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）のみを用いて、その受信データ、マルチパス誤差の限界値及びＳＢＡＳの補強情報を使用して対象ＧＮＳＳ衛星２の補正を行い、ユーザ局３の測位計算を行う（ステップ５７）とともに、このＧＮＳＳ衛星２毎に求めたマルチパス誤差の限界値を反映させた測位解の信頼性指標の計算を行う（ステップ５８）。
このようにして計算されたユーザ局３の測位結果とその測位解の信頼性指標を表示部７へ出力し（ステップ５９）、表示部７においてユーザ局３の位置とその保護レベル（測位解の信頼性指標）が表示される。
なお、本発明のＧＮＳＳを用いた車両の測位装置においては、ＮＬＯＳのＧＮＳＳ衛星２の排除（ステップ５３）は必須の工程ではない。ＮＬＯＳのＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）の受信データに含まれるユーザ局３の電波環境に応じた擬似距離誤差の評価指標から求めるマルチパス誤差の限界値が実用に適さない大きな値となって、結果的にユーザ局３の測位計算に用いるＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）から排除されることになるからである。
次に、演算部６で行うユーザ局３で受信したＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）の受信データからサイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法について説明する。この実施例では、地理空間情報データベース８とユーザ局３の速度計（図示せず）のデータを用いて、ユーザ局３で受信したＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）の受信データからサイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法について説明する。
地理空間情報データベース８は、この実施例では地理情報システム（ＧＩＳ）のデータベースを利用している。また、ユーザ局３は、上記したように、この実施例では鉄道の車両であるので、一般的に用いられているマップマッチングの技術も用いることにより、このＧＩＳのデータからユーザ局３の速度の単位ベクトルを求めることが出来る。このユーザ局３の速度の単位ベクトルに、速度計から得られる速度を乗じることによりユーザ局３の速度３成分（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）が求められる。この速度３成分によりユーザ局３の位置変化が求められ、ユーザ局３とユーザ局３で受信したＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）との幾何学的変化が求められる。このユーザ局３とユーザ局３で受信したＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）との幾何学的変化から生成された搬送波位相観測値のレプリカと、ユーザ局３で受信したＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）の受信データの搬送波位相観測値とを比較し、ユーザ局３で受信したＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）の受信データの搬送波位相観測値を検証することにより、サイクルスリップを検出するとともに、サイクルスリップが生じたＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）の受信データの搬送波位相観測値の波数バイアスを修正することが出来る。この検証は、推定された受信機時計ドリフトを用いて、搬送波位相変化量を検定することにより行われ、ＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）毎に行われる。
より詳細に説明すると、後述する数式２に示すように、搬送波位相観測値には、ＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）と受信機間の時計誤差、電離圏遅延、対流圏遅延が含まれており、このうち、ＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）の時計誤差、電離圏遅延、対流圏遅延については、ＳＢＡＳの補強情報により補正して除去出来る。残った受信機時計誤差については、全ての観測値に同じように含まれている性質を利用して推定する等により、もしくは外部クロックとして安定した原子時計を用いることにより受信機時計誤差の変動を小さくしている。搬送波位相観測値のレプリカは、ユーザ局３とユーザ局３で受信したＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）との幾何学的変化に加えて、ＳＢＡＳの補強情報により補正可能なＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）の時計誤差、電離圏遅延、対流圏遅延及び推定された受信機時計誤差（受信機時計ドリフト）を加味して生成される。このように生成された搬送波位相観測値のレプリカと搬送波位相観測値とを比較して、搬送波位相変化量を検定することにより、搬送波位相観測値の検証を行う。サイクルスリップが検出された場合には、サイクルスリップが生じた時刻に隣接する観測値の間に存在する整数波長分のジャンプ（不連続）を、送波位相観測値のレプリカによる真の変動幅を推定して、このジャンプした整数波長分の変動を修正する。
なお、ユーザ局３で受信したＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）の受信データからサイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法は、ユーザ局３で受信したＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）の受信データの搬送波位相観測値と、後述する擬似距離誤差の評価指標の一つである受信信号の自己相関結果の時間変動を利用した擬似距離誤差の評価指標とを組み合わせることにより、サイクルスリップを検出して、ユーザ局３とユーザ局３で受信したＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）との幾何学的変化から生成された搬送波位相観測値のレプリカを用いてサイクルスリップが生じたＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）の受信データの搬送波位相観測値の波数バイアスを修正するようにしても良い。
次に、ユーザ局３の測位計算（ステップ５７）とその測位解の信頼性指標の計算（ステップ５８）に用いるＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）の検定について説明する。このＧＮＳＳ衛星の検定方法は、従来では上記したように、ユーザ局３の擬似距離誤差を定常モデルとして取り扱って、その定常モデルから逸脱するような電波環境（遮蔽、マルチパス、電波干渉）による擬似距離品質の劣化を監視して検定統計量が閾値以上の擬似距離（のＧＮＳＳ衛星）を排除する方法や、受信強度が極端に低いＧＮＳＳ衛星を排除する方法など様々な方法がある。電波環境が理想的な航空機の航法で用いられてきたこれらのＧＮＳＳ衛星の検定方法では、上記したように、電波環境が理想的ではないとともに、著しく変化するユーザ局３の電波環境をリアルタイムで考慮せず一律の条件で取り扱っているため、条件に合わない擬似距離（のＧＮＳＳ衛星）を排除する必要が生じて可視衛星が測位に必要な衛星数（４つ以上）あっても測位不能となる時間が増大する課題がある。この課題を回避するため、単に擬似距離を排除する閾値を緩和するために、理想的ではなく、また著しく変化する電波環境による品質劣化によってもたらされた擬似距離誤差を定常モデルに組み込むのみでは、測位解の信頼性指標として所望の完全性を担保するのに必要十分なマルチパス誤差の限界値が常時大きな値となって実用には適さないものとなる。
そこで、本発明では、それぞれのＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）の受信データに含まれるユーザ局３の電波環境に応じた擬似距離誤差を、ＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）毎にリアルタイムで抽出し、このリアルタイムに抽出したＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）毎の擬似距離誤差を新たに提案する擬似距離誤差の評価指標を用いて評価することにより、従来の方法では一律の条件で排除されていた（ＧＮＳＳ衛星の）擬似距離誤差であったとしても、そのＧＮＳＳ衛星の擬似距離誤差をリアルタイムに厳密に評価し、その擬似距離誤差がＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）毎に決められた誤差の範囲内であれば、そのＧＮＳＳ衛星を排除せずに使えるようにして、測位に必要な衛星数（４つ以上）を確保することにより上記の課題を解決する。さらに、擬似距離誤差の評価指標から、所望の完全性を担保するのに必要十分なマルチパス誤差の限界値を、電波環境を反映して算出することにより上記の課題を解決する。
より詳細には、まず、それぞれのＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）の受信データに含まれるユーザ局３の電波環境に応じた擬似距離誤差を、ＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）毎にリアルタイムで抽出する。このリアルタイムに抽出したＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）毎の擬似距離誤差を、新たに提案する擬似距離誤差の評価指標を用いて評価する。
新たに提案する擬似距離誤差の評価指標は、この実施例では、擬似距離またはキャリアスムージング擬似距離の少なくとも一つと、ユーザ局３とユーザ局３で受信したＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）との幾何学的変化から生成された搬送波位相観測値のレプリカとを組み合わせたＣＭＣ（Ｃｏｄｅ－Ｍｉｎｕｓ－Ｃａｒｒｉｅｒ）による指標である。
また、新たに提案する擬似距離誤差の評価指標は、他にも、ＣＭＣによる指標、複数の時定数により処理したキャリアスムージング擬似距離間の乖離量による指標、擬似距離の変化、キャリアスムージング擬似距離の変化、または搬送波位相観測値の変化とユーザ局３とユーザ局３で受信したＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）との幾何学的距離の変化及び受信機時計ドリフトとの乖離量による指標、複数周波数を用いた擬似距離、キャリアスムージング擬似距離、搬送波位相観測値のマルチパス誤差の差を利用した指標、受信信号の自己相関結果の時間変動を利用した指標、または、これらの指標に受信信号の自己相関結果及び搬送波位相観測値の時間変動を組み合わせた指標、または、これらの指標にさらにコンステレーション毎の信号を使用した指標、または、これらの指標にさらに異なるコンステレーションの信号を使用した指標、または、これらの指標を同じコンステレーションの指標同士で組み合わせた指標、または、これらの指標を異なるコンステレーションの指標も含めて組み合わせた指標、または、これらの指標及びこれらの指標をコンステレーションも考慮して組み合わせた指標が利用可能である。
この擬似距離誤差の評価指標を用いて、所望の完全性を担保するのに必要十分なマルチパス誤差の限界値をＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）毎に求める。
このマルチパス誤差の限界値は、ユーザ局３の電波環境をリアルタイムに反映したマルチパス起源のレンジ誤差の誤差範囲の限界値であり、完全性を担保するのに必要十分な誤差範囲を示す値である。
また一方で、演算部６において、それぞれのＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）は、それぞれの観測データからリアルタイムの測位において許容されるレンジ誤差の範囲が決められており、この誤差の範囲を規定する許容値と、ＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）毎に求めたマルチパス誤差の限界値とを一対一で対応させることで、ＧＮＳＳ衛星の検定、即ち、そのＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）をユーザ局３の測位計算に用いても良いか否かが判断される。
このようにＧＮＳＳ衛星の検定を行うことにより、ユーザ局３の測位計算に用いるＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）を選択し、ユーザ局３の測位計算を行うとともに、選択したＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）の擬似距離誤差の評価指標から算出された所望の完全性を担保するのに必要十分なマルチパス誤差の限界値を使用してユーザ局３の電波環境をリアルタイムに反映させた測位解の信頼性指標を求める。
なお、擬似距離誤差の評価指標を求める（ステップ５５）際に用いるＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）の衛星信号は、同じコンステレーションのＧＮＳＳ衛星、この実施例ではＧＰＳ衛星の衛星信号を使用しているが、これに限定されるものではない。他のコンステレーションのＧＮＳＳ衛星、例えば、ロシアのＧＬＯＮＡＳＳ衛星、日本の準天頂衛星、欧州のＧａｌｉｌｅｏ、中国の北斗、インドのＧＡＧＡＮなどのＧＮＳＳ衛星の衛星信号を使用して、コンステレーション毎に擬似距離誤差の評価指標を求めても良い。また、コンステレーション毎に求めるだけでなく、異なるコンステレーションのＧＮＳＳ衛星、例えばＧＰＳ衛星とＧａｌｉｌｅｏ衛星のように異なるコンステレーションの信号も組み合わせて擬似距離誤差の評価指標を求めても良い。
また、ユーザ局３の測位計算を行う（ステップ５７）際、選定されたＧＮＳＳ衛星の内、同じコンステレーションのＧＮＳＳ衛星のみの受信データ、マルチパス誤差の限界値及びＳＢＡＳの補強情報を使用して、ユーザ局３の測位計算をコンステレーション毎に行い、コンステレーション毎に個別に測位解とその測位解の信頼性指標を求めるようにしても良い。この場合、コンステレーション別の測位解の信頼性指標をコンステレーション別に比較等を行うことによりコンステレーション別の測位性能を判断し、測位性能が悪い、即ち、測位解の信頼性指標の値が大きいコンステレーションを判断して検定を行うようにしても良い。この測位性能の悪いコンステレーションの検定結果は、今回のユーザ局３の測位計算に用いるＧＮＳＳ衛星２の選定にフィードバックしても良いし、次回のユーザ局３の測位計算に用いるＧＮＳＳ衛星２の選定に利用しても良い。
この発明の第２の実施例を、図３及び図４に基づいて詳細に説明する。
図３及び図４は、この発明のＧＮＳＳを用いた車両の測位に用いる擬似距離誤差の評価指標と、マルチパス誤差及びその限界値との関係性を示す図であり、（ａ）は擬似距離誤差の評価指標と、マルチパス誤差及びその限界値との関係性を示す図、（ｂ）は（ａ）において、ある大きさの擬似距離誤差の評価指標（図３はＣ１、図４はＣ）に対応したマルチパス誤差の確率密度関数を示す図である。
この発明の第２の実施例は、この発明の第１の実施例のＧＮＳＳを用いた車両の測位に用いるとともに、ＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）毎にリアルタイムに抽出した擬似距離誤差の評価指標から所望の完全性を担保するのに必要十分なマルチパス誤差の限界値をＧＮＳＳ衛星毎に求める方法について説明する実施例である。
なお、第１の実施例と同じ部分については、同一名称、同一番号を用い、その説明を省略する。
この発明の第１の実施例のＧＮＳＳを用いた車両の測位に用いるとともに、ＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）毎にリアルタイムに抽出した擬似距離誤差の評価指標から所望の完全性を担保するのに必要十分なマルチパス誤差の限界値をＧＮＳＳ衛星２（２ａ、２ｂ・・・）毎に求める方法について、図３及び図４に基づいて説明する。
なお、この実施例では、説明を簡単にするために、擬似距離誤差の評価指標として、一番単純な形の評価指標であるＣＭＣによる指標を利用した場合について説明する。
まず、この実施例において、擬似距離誤差の評価指標として利用するＣＭＣは、数式１及び数式２に示すように、コード擬似距離から搬送波位相を差し引いたものである。ここで、数式１はコード擬似距離を示す式、数式２は搬送波位相を示す式である。
Figure 2022074698000002
Figure 2022074698000003
上記数式１において、Ｐｒ ｓはコード擬似距離、ρｒ ｓはＧＮＳＳ衛星と受信機間の真距離、ｃ（δｒ－δｓ）はＧＮＳＳ衛星と受信機間の時計誤差、Ｉｒ ｓは電離圏遅延、Ｔｒ ｓは対流圏遅延、Ｍｒ ｓはコード擬似距離のマルチパス誤差、εｓとεｒはそれぞれＧＮＳＳ衛星と受信機に起因するその他の誤差である。このうち、εｓとεｒは、他の項と比べて小さいため無視出来る。
上記数式２において、φｒ ｓλは搬送波位相、ｍｒ ｓは搬送波のマルチパス誤差、Ｎｒ ｓは波数バイアス、εｓ’とεｒ’はそれぞれＧＮＳＳ衛星と受信機に起因するその他の搬送波位相誤差である。このうち、εｓ’とεｒ’は、他の項と比べて小さいため無視出来る。
上記数式１及び数式２から分かるように、上記数式１及び数式２の大部分の項が共通するので、上記数式１から上記数式２を差し引くと、即ち、コード擬似距離から搬送波位相を差し引くと、電離圏遅延と、コード擬似距離のマルチパス誤差と搬送波のマルチパス誤差と、搬送波の波数バイアスの項が残る。このコード擬似距離から搬送波位相を差し引いた式によりマルチパス誤差を求める場合、差し引いた式において残った項の内、搬送波の波数バイアスの項については、サイクルスリップが生じると波長の整数倍の不連続が生じ得るのでマルチパス誤差の正確な評価が出来ない。しかしながら、適切にサイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正することにより、マルチパス誤差を求める際の信頼性を向上させることが出来る。このコード擬似距離の式から搬送波位相の式を差し引いて残った項の内、搬送波の波数バイアスの項については、電波環境の良い時にコード擬似距離を用いて適切に推定し、図２の（ステップ５４）でサイクルスリップを検出した際に波数バイアスの不連続があれば修正されるので削除出来る。電離圏遅延の項については、コード擬似距離の式から搬送波位相の式を差し引くことにより２倍になるが、短時間（数１０秒程度）ではマルチパス誤差に比べて小さい。さらに、数式１と数式２は１周波の式であるが、原理的には２周波の式を使うことで電離圏遅延も削除出来る。マルチパス誤差については、コード擬似距離はマルチパスの影響を受けると±何ｍという変動をするのに対し、搬送波位相の変化量はマルチパスの影響を受けても±５ｃｍ（１／４波長）なので、コード擬似距離から搬送波位相を差し引くと、マルチパス誤差が抽出できる。
このようにして抽出したマルチパス誤差の評価パラメータであるマルチパス誤差の限界値と、擬似距離誤差の評価指標（この実施例ではＣＭＣ）との関係性を示したのが、図３及び図４である。図３は符号を考慮しない場合の、図４は考慮する場合の擬似距離誤差の評価指標と、マルチパス誤差及びその限界値との関係性をそれぞれ示している。図３（ａ）及び図４（ａ）は、それぞれ縦軸がマルチパス誤差で、横軸は擬似距離誤差の評価指標（この実施例ではＣＭＣ）である。図３（ｂ）及び図４（ｂ）は、それぞれ横軸がマルチパス誤差で、縦軸は確率密度である。
図３及び図４は、この発明のＧＮＳＳを用いた車両の測位装置を用いて測位した結果の関係性を示した概略図であり、図３は符号を考慮しない場合の、図４は考慮する場合の擬似距離誤差の評価指標と、マルチパス誤差及びその限界値との関係性をそれぞれ示している。図３（ａ）及び図４（ａ）はそれぞれ、擬似距離誤差の評価指標の解とその時のマルチパス誤差を●印で示している。図３（ｂ）及び図４（ｂ）は、それぞれ図３（ａ）及び図４（ａ）において、ある大きさの擬似距離誤差の評価指標（図３はＣ１、図４はＣ）に対応したマルチパス誤差の確率密度関数をそれぞれ図示したものであり、マルチパス誤差の確率密度と限界値との関係性を示している。また、この実施例では、所望の完全性は「１－１×１０－７」以下であり、この所望の完全性を満たさないマルチパス誤差の発生確率の積分値を、図３（ｂ）及び図４（ｂ）では斜線で塗りつぶされた部分により、それぞれ表している。
図３から明らかであるように、所望の完全性が「１－１×１０－７」以下である場合、擬似距離誤差の評価指標がＣ１に対応する完全性を満たすマルチパス誤差の限界値はＥ１となり、擬似距離誤差の評価指標に対して図３（ａ）の限界値曲線のように変化する。また、図４は、上記したように符号を考慮する場合の図であるが、この図４から明らかであるように、擬似距離誤差の評価指標がＣに対応するマルチパス誤差が正規分布に従うとともに、所望の完全性が「１－１×１０－７」以下である場合、完全性を満たすマルチパス誤差の限界値はＥ０±Ｅとなり、擬似距離誤差の評価指標に対して図４（ａ）の限界値曲線のように変化する。
マルチパス誤差と、擬似距離誤差の評価指標（この実施例ではＣＭＣ）との間には、この図３及び図４に示すような関係性があるので、擬似距離誤差の評価指標により、マルチパス起源のレンジ誤差であるマルチパス誤差について、完全性を満たす限界値を求めることが出来る。
この発明によるＧＮＳＳを用いた車両の測位における擬似距離誤差の評価指標及び測位解の信頼性指標を求める方法は、電波環境が理想的といえない場所である地上や港湾部などにおいて行うＧＮＳＳを用いた測位に利用可能である。
また、この発明によるＧＮＳＳを用いた車両の測位方法及び測位装置も、同様に、電波環境が理想的といえない場所である地上や港湾部などにおいて行うＧＮＳＳを用いた移動体の測位方法やその装置に利用可能である。この移動体には、車両だけではなく、港湾部の船舶や、空港面における航空機なども含まれる。
１ ＧＮＳＳを用いた車両の測位装置
２（２ａ、２ｂ・・・） ＧＮＳＳ衛星
３ ユーザ局
４ アンテナ
５ 受信機
６ 演算部
７ 表示部

Claims (24)

  1. ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算を行うＧＮＳＳを用いた車両の測位に用いる擬似距離誤差の評価指標において、
    擬似距離誤差の評価指標は、
    擬似距離又はキャリアスムージング擬似距離の少なくとも一つと、
    ユーザ局とユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星との幾何学的変化から生成された搬送波位相観測値のレプリカと、
    を組み合わせたＣＭＣによる指標であること
    を特徴とする擬似距離誤差の評価指標。
  2. ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算を行うＧＮＳＳを用いた車両の測位に用いる擬似距離誤差の評価指標において、
    擬似距離誤差の評価指標は、複数の時定数により処理したキャリアスムージング擬似距離間の乖離量による指標であること
    を特徴とする擬似距離誤差の評価指標。
  3. ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算を行うＧＮＳＳを用いた車両の測位に用いる擬似距離誤差の評価指標において、
    擬似距離誤差の評価指標は、擬似距離の変化、キャリアスムージング擬似距離の変化、又は搬送波位相観測値の変化とユーザ局とユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星との幾何学的距離の変化及び受信機時計ドリフトとの乖離量による指標であること
    を特徴とする擬似距離誤差の評価指標。
  4. ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算を行うＧＮＳＳを用いた車両の測位に用いる擬似距離誤差の評価指標において、
    擬似距離誤差の評価指標は、複数周波数を用いた擬似距離、キャリアスムージング擬似距離、搬送波位相観測値のマルチパス誤差の差を利用した指標であること
    を特徴とする擬似距離誤差の評価指標。
  5. ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算を行うＧＮＳＳを用いた車両の測位に用いる擬似距離誤差の評価指標において、
    擬似距離誤差の評価指標は、受信信号の自己相関結果の時間変動を利用した指標であること
    を特徴とする擬似距離誤差の評価指標。
  6. 前記擬似距離誤差の評価指標は、前記受信信号の自己相関結果及び搬送波位相観測値の時間変動を組み合わせた指標であること
    を特徴とする請求項１～請求項５の何れかに記載の擬似距離誤差の評価指標。
  7. 前記擬似距離誤差の評価指標は、コンステレーション毎の信号を使用した指標であること
    を特徴とする請求項１～請求項６の何れかに記載の擬似距離誤差の評価指標。
  8. 前記擬似距離誤差の評価指標は、異なるコンステレーションの信号を使用した指標であること
    を特徴とする請求項１～請求項６の何れかに記載の擬似距離誤差の評価指標。
  9. 前記擬似距離誤差の評価指標は、請求項１～請求項６に記載の擬似距離誤差の評価指標を同じコンステレーションの擬似距離誤差の評価指標同士で組み合わせた擬似距離誤差の評価指標であること
    を特徴とする擬似距離誤差の評価指標。
  10. 前記擬似距離誤差の評価指標は、請求項１～請求項６に記載の擬似距離誤差の評価指標を異なるコンステレーションの擬似距離誤差の評価指標も含めて組み合わせた擬似距離誤差の評価指標であること
    を特徴とする擬似距離誤差の評価指標。
  11. 前記搬送波位相観測値は、
    （ａ）ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データの搬送波位相観測値と、
    （ｂ）ユーザ局とユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星との幾何学的変化から生成された搬送波位相観測値のレプリカと
    を比較して前記搬送波位相観測値を検証することにより、サイクルスリップを検出するとともに、サイクルスリップが生じたＧＮＳＳ衛星の受信データの搬送波位相観測値の波数バイアスを修正した搬送波位相観測値であること
    を特徴とする請求項１～請求項１０の何れかに記載の擬似距離誤差の評価指標。
  12. 前記搬送波位相観測値は、
    （ａ）ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データの搬送波位相観測値と、
    （ｂ）請求項５に記載の擬似距離誤差の評価指標と
    を組み合わせることにより、サイクルスリップを検出し、
    （ｃ）ユーザ局とユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星との幾何学的変化から生成された搬送波位相観測値のレプリカを用いてサイクルスリップが生じたＧＮＳＳ衛星の受信データの搬送波位相観測値の波数バイアスを修正した搬送波位相観測値であること
    を特徴とする請求項１～請求項１０の何れかに記載の擬似距離誤差の評価指標。
  13. ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算を行うＧＮＳＳを用いた車両の測位に用いる測位解の信頼性指標において、
    ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データに含まれるユーザ局の電波環境に応じた擬似距離誤差の評価指標を前記衛星毎にリアルタイムに抽出し、
    このリアルタイムに抽出した擬似距離誤差の評価指標から完全性を担保するのに必要十分なマルチパス誤差の限界値を前記衛星毎に求め、
    これら前記衛星毎に求めたマルチパス誤差の限界値からユーザ局の電波環境をリアルタイムに反映させた測位解の信頼性指標を求めること
    を特徴とする測位解の信頼性指標を求める方法。
  14. 前記擬似距離誤差の評価指標は、請求項１～請求項１２の何れかに記載の擬似距離誤差の評価指標であること
    を特徴とする請求項１３に記載の測位解の信頼性指標を求める方法。
  15. ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算を行うＧＮＳＳを用いた車両の測位に用いるサイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法において、
    （ａ）ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データの搬送波位相観測値と、
    （ｂ）ユーザ局とユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星との幾何学的変化から生成された搬送波位相観測値のレプリカと
    を比較して前記搬送波位相観測値を検証することにより、サイクルスリップを検出するとともに、サイクルスリップが生じたＧＮＳＳ衛星の受信データの搬送波位相観測値の波数バイアスを修正すること
    を特徴とするサイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法。
  16. ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算を行うＧＮＳＳを用いた車両の測位に用いるサイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法において、
    （ａ）ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データの搬送波位相観測値と、
    （ｂ）請求項５に記載の擬似距離誤差の評価指標と
    を組み合わせることにより、サイクルスリップを検出し、
    （ｃ）ユーザ局とユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星との幾何学的変化から生成された搬送波位相観測値のレプリカを用いてサイクルスリップが生じたＧＮＳＳ衛星の受信データの搬送波位相観測値の波数バイアスを修正すること
    を特徴とするサイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法。
  17. ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データを用いてＧＮＳＳ衛星の検定を行うことによりユーザ局の測位計算に用いるＧＮＳＳ衛星を選択し、選択したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算やその測位解の信頼性指標の計算を行うＧＮＳＳを用いた車両の測位方法において、
    ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データに含まれるユーザ局の電波環境に応じた擬似距離誤差の評価指標を前記衛星毎にリアルタイムに抽出し、
    このリアルタイムに抽出した擬似距離誤差の評価指標から完全性を担保するのに必要十分なマルチパス誤差の限界値を前記衛星毎に求め、
    これら前記衛星毎に求めたマルチパス誤差の限界値を用いてＧＮＳＳ衛星の検定を行うことによりユーザ局の測位計算に用いるＧＮＳＳ衛星を選択し、選択したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算を行うとともに、ユーザ局の電波環境をリアルタイムに反映させた測位解の信頼性指標の計算を行うこと
    を特徴とするＧＮＳＳを用いた車両の測位方法。
  18. 前記擬似距離誤差の評価指標は、請求項１～請求項１２の何れかに記載の擬似距離誤差の評価指標であること
    を特徴とする請求項１７に記載のＧＮＳＳを用いた車両の測位方法。
  19. 請求項１５～請求項１６の何れかに記載のサイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法を用いて、ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データからサイクルスリップを検出するとともに、この検出したサイクルスリップの波数バイアスを修正すること
    を特徴とする請求項１７～請求項１８の何れかに記載のＧＮＳＳを用いた車両の測位方法。
  20. コンステレーション毎に個別に測位解の計算とその信頼性指標の計算を行い、コンステレーション毎の測位解の信頼性指標を比較することにより測位性能の悪いコンステレーションを判断するとともに、この測位性能の悪いコンステレーションのＧＮＳＳ衛星の検定を行うことによりユーザ局の測位計算に用いるＧＮＳＳ衛星を選択すること
    を特徴とする請求項１７～請求項１９の何れかに記載のＧＮＳＳを用いた車両の測位方法。
  21. ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データを用いてＧＮＳＳ衛星の検定を行うことによりユーザ局の測位計算に用いるＧＮＳＳ衛星を選択する手段と、この選択したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算及びその測位解の信頼性指標の計算を行う手段とを有するＧＮＳＳを用いた車両の測位装置において、
    ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データに含まれるユーザ局の電波環境に応じた擬似距離誤差の評価指標を前記衛星毎にリアルタイムに抽出する手段と、
    このリアルタイムに抽出した擬似距離誤差の評価指標から完全性を担保するのに必要十分なマルチパス誤差の限界値を前記衛星毎に求める手段と、
    これら前記衛星毎に求めたマルチパス誤差の限界値を用いてＧＮＳＳ衛星の検定を行うことによりユーザ局の測位計算に用いるＧＮＳＳ衛星を選択し、選択したＧＮＳＳ衛星の受信データにより測位解の計算やユーザ局の電波環境をリアルタイムに反映させた測位解の信頼性指標の計算を行う手段とからなること
    を特徴とするＧＮＳＳを用いた車両の測位装置。
  22. 前記擬似距離誤差の評価指標は、請求項１～請求項１２の何れかに記載の擬似距離誤差の評価指標であること
    を特徴とする請求項２１に記載のＧＮＳＳを用いた車両の測位装置。
  23. 請求項１５～請求項１６の何れかに記載のサイクルスリップを検出し、波数バイアスを修正する方法を用いて、ユーザ局で受信したＧＮＳＳ衛星の受信データからサイクルスリップを検出するとともに、この検出したサイクルスリップの波数バイアスを修正する手段をさらに有すること
    を特徴とする請求項２１～請求項２２の何れかに記載のＧＮＳＳを用いた車両の測位装置。
  24. コンステレーション毎に個別に測位解の計算とその信頼性指標の計算を行う手段と、コンステレーション毎の測位解の信頼性指標を比較することにより測位性能の結果が悪いコンステレーションを判断する手段と、この測位性能の悪いコンステレーションのＧＮＳＳ衛星の検定を行うことによりユーザ局の測位計算に用いるＧＮＳＳ衛星を選択する手段をさらに有すること
    を特徴とする請求項２１～請求項２３の何れかに記載のＧＮＳＳを用いた車両の測位装置。
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