JP2023536218A - 受信機の状態パラメータを決定する方法、及び、そのような方法を実施する装置 - Google Patents

Abstract

全球測位衛星システム受信機及び装置の状態パラメータ、特にその絶対位置を決定する方法であって、決定することは、疑似距離、搬送波位相及び／又はドップラー周波数測定値を含む測定された情報、衛星軌道及びクロックオフセットについてのブロードキャスト情報、並びに、衛星位置、クロックオフセット、コード及び／又は位相バイアスの高精度の補正情報に基づくものであり、方法は、ブロードキャスト情報に基づいて、衛星位置の推定値及びクロックオフセットの推定値を決定すること、高精度の情報、特に、衛星位置及びクロックオフセットの高精度の補正情報を使用することによって、衛星位置の推定値及びクロックオフセットの推定値に基づいて、補正された衛星位置及び補正されたクロックオフセットを決定することを含む、方法。【選択図】図１

Description

本発明は、全球測位衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機の状態パラメータを決定する、特に、その絶対位置を特定する方法、及び、そのような方法を実施する装置に関する。

ＧＮＳＳは既知である。ＧＮＳＳに関する例は、ＧＰＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、ＧＬＯＮＡＳＳ及びＢｅｉＤｏｕである。これらは、静止又は移動受信機の位置を決定する機能を提供し、これは、例えば、携帯電話、車両、ロボット又は無人航空機（ＵＡＶ）等のような任意のモバイルデバイスに一体化できる。ＧＮＳＳの不可欠の部分は衛星であり、これは、地球を周回するとともに、ナビゲーション信号を放出する。ナビゲーション信号は、測距コードを伴う搬送波信号、及び任意選択的に、搬送波上に変調されたナビゲーションデータからなる。測距信号は、ナビゲーションデータと組み合わせて、受信機の位置を決定するのに使用される。

しかし、異なる衛星から受信機へのナビゲーション信号の信号伝送経路は、異なる大気部分を伝播し、したがって、対流圏及び電離圏によって引き起こされる異なる遅延が蓄積する。加えて、衛星の位置、クロックオフセット及び信号バイアスを含む、衛星によって伝送されるナビゲーション情報は、誤差の影響を受ける。結果として、受信機によって受信されるナビゲーション信号は、異なるバイアス又はオフセットを有し、したがって、位置を決定することの精度が低下する。

これらの誤差に対する補正の計算、及び、受信機における誤差の排除のために、ディファレンシャルＧＰＳ（ＤＧＰＳ）又はＧＮＳＳの補正を生成するように、全地球的又は地域的な基準局のネットワークを使用できる。基準局ネットワークは、移動受信機に近接した固定受信機局からなる。これらの局は、測定された衛星の疑似距離と、既知の局の位置に基づいてモデル化した疑似距離との差をブロードキャストし、移動受信機は、これらの補正を、それらの測定された疑似距離に適用する。補正信号は通常、より短い距離の地上無線送信機を介して局所的にブロードキャストされるか、又は、ダウンロードのための信号を介した空間若しくは陸上手段を提供する。疑似距離測定値の限定された精度を克服するために、はるかにより精密な搬送波位相観測値を使用する差分処理も行われる。この技法は、リアルタイムキネマティック（ＲＴＫ）測位として既知であり、移動受信機と実際の又は仮想の基準局との間の差分搬送波位相測定値のアンビギュイティ決定も含む。このシステムの欠点は、移動受信機の近くに静止受信機局を有する必要性にあり、したがって、このシステムは、密な基準局ネットワークを支持するインフラストラクチャのないエリアでは役立たない。

移動受信機の近傍の密な基準局ネットワークに依存することなく測位の精度を改善するために、精密単独測位（ＰＰＰ）法が開発されている。ＤＧＰＳ又はＲＴＫとは対照的に、ＰＰＰ手法は、差分測定の空間誤差相関に依存せず、代わりに、移動受信機に関する位置の算出における精密モデル、すなわち、高精度の補正情報によって、例えば衛星軌道又はクロック、バイアス及び大気遅延によって生じる個々の誤差成分を排除する。したがって、位置を、２周波測定によってデシメートル又はさらにそれ以下まで正確に算出可能である。そのような精度を実現するためには、精密な補正情報、特に精密な軌道及びクロック補正情報を提供することが不可欠である。さらに、ＰＰＰは、密な基準局ネットワークを有しない地域においてさえも、移動受信機の位置を精密に決定することを可能にする。ＰＰＰ法に関する例は、特許文献１及び特許文献２において見出すことができる。

ＰＰＰ手法の精密さは、搬送波位相測定値を考慮することによって更に支持され、これは、特に搬送波位相アンビギュイティがフィックスされるような場合に、精密な測位、すなわち、全地球的スケールのセンチメートルレベルの測位を可能にする。しかし、マルチパス並びに残差軌道、クロック及びバイアス誤差が波長の半分又はそれ以上のオーダーである場合に、全ての衛星に関して全ての搬送波位相アンビギュイティを整数にフィックスすることは困難であることが分かっている。結果として、全てのアンビギュイティをフィックスする時間が計算集約的であり、必要な時間を取り、絶対位置に関する精密な情報を決定する収束時間が通常は極めて長い。実際には、そのような収束時間は、絶対（すなわち、差のない及び組み合わせられていない）搬送波位相アンビギュイティをフィックスするために約３０分かかる。

欧州特許第２２８１２１０号明細書 欧州特許出願公開第１０１９４４２８号明細書

現行の技術水準を考慮して、本発明の目的は、好ましくは状態パラメータを決定する精密さに影響を与えることなく収束時間を短縮することによって、特に受信機の絶対位置を特定するために、受信機の状態パラメータをリアルタイムで提供することを改善することである。

この課題は、請求項１に記載の方法、請求項１４に記載の分析システム、及び、請求項１５に記載のコンピュータプログラム製品によって解決される。好ましい実施形態は、従属項、明細書及び図面に組み込まれている。

本発明によると、全球測位衛星システム受信機の状態パラメータ、特に、推定の状態パラメータを決定し、特に、その絶対位置を特定する方法が提供され、状態パラメータを決定することは、
‐可視衛星の疑似距離、搬送波位相及び／又はドップラー周波数測定値、並びに、特に、追跡される周波数を含む、測定された情報、
‐衛星軌道及びクロックオフセットについてのブロードキャスト情報、並びに
‐衛星位置、衛星クロックオフセット、衛星コード及び位相バイアスの高精度の補正情報
に基づくものであり、方法は、
‐ブロードキャスト情報に基づいて、衛星に関する衛星位置の推定値及び衛星クロックオフセットの推定値を決定すること、
‐高精度の情報、特に、衛星位置及び衛星クロックオフセットの高精度の補正情報を使用することによって、衛星位置の推定値及び衛星クロックオフセットの推定値に基づいて、衛星に関する補正された衛星位置及び補正された衛星クロックオフセットを決定すること、
‐測定された情報、補正された衛星位置、補正された衛星クロックオフセットの推定値、並びに、コード及び位相バイアスの高精度の補正情報のうちの少なくとも１つを使用して、再帰的状態エスティメータによって推定の状態パラメータを決定すること、
‐搬送波位相測定値のセットを決定することであって、搬送波位相測定値のセットは、高精度の補正情報の適用後の、所定の閾値を下回る、例えば残差衛星位置誤差、残差衛星クロックオフセット誤差、並びに／又は、残差位相及び／若しくはコードバイアス誤差に関する、残差の未補正の測距誤差の一括合計を有する、決定すること、
‐推定の状態パラメータを、搬送波位相測定値の決定されたセットの位相アンビギュイティ推定値を含むフィックス可能な状態パラメータの第１のサブセット、及び、フィックス不可能であるが調整可能な状態パラメータの第２のサブセットに分割すること、
‐フィックス可能な状態パラメータの第１のサブセットに含まれる推定の状態パラメータを整数にマッピングすること、
‐フィックスされた位相アンビギュイティに依存して、フィックス不可能であるが調整可能な状態パラメータの第２のサブセットに含まれる推定の状態パラメータを調整すること、並びに
‐マッピング及び調整された推定の状態パラメータを提供すること
を含む。

現行の技術水準に反して、本発明によると、搬送波位相測定値のサブセットを選択すること、及び、選択されたサブセットのみに関して搬送波位相アンビギュイティをフィックスすることが提供される。その結果、搬送波位相アンビギュイティをフィックスすることが、全ての状態パラメータに関してではなく、第１のサブセットの推定の状態パラメータに関してのみ実施される。搬送波位相アンビギュイティをフィックスすることを、搬送波位相測定値の第１のサブセットのみに制限することは、特に受信機の精密な絶対位置情報を提供するために、衛星の状態パラメータ、したがってナビゲーション衛星システムの状態パラメータについての精密な情報を提供するのに十分であることが分かった。同時に、計算量が低減され、結果として、決定される状態パラメータの精密さを大幅に失うことなく、収束時間を短縮できる。それによって、第１のサブセットを選択することは、例えば、特に高精度の補正を含む測定された情報に関して、比較的高い誤差を有するような未加工のデータに割り当てられるような搬送波位相測定値を除外することに基づく。換言すると、一括合計は、選択されたサブセットに割り当てられる要件を表す。そうでなければ、搬送波位相測定値のアンビギュイティは、第２のサブセットに割り当てられる。比較的高い測距誤差は、例えば、受信機において昇るか又は沈み、マルチパス誤差によって強く影響を受けるような衛星に関して生じる可能性がある。選択されなかったサブセットのメンバーである、第２のサブセットのこれらの推定の状態パラメータに関して、更なる算出のためにフロート値が許容され、特に推定の状態パラメータは第２のサブセットに割り当てられている。「サブセット」という用語は、好ましくは、状態パラメータの数が、全ての状態パラメータの数よりも小さく、０よりも大きいことを意味する。好ましくは、分割することは、状態パラメータを、推定の状態パラメータの選択される第１のサブセット又は第２のサブセットに分ける。

さらに、個々の位相アンビギュイティという用語は、アンビギュイティの線形結合が考慮されないことを表す。例えば、個々の位相アンビギュイティという用語は、ワイドレーン、電離層フリー、ナローレーン及びエクストラワイドレーンアンビギュイティを除外する。さらに、ＢＩＥプロセスは、明細書によって個々の位相アンビギュイティに対しては除外される。個々の位相アンビギュイティは、好ましくは、測定されたパラメータに直接的に結び付けられ、パラメータ、例えば測定されたパラメータの線形結合には結び付けられない。

特に、状態パラメータが、第１のサブセットのマッピングされた推定の状態パラメータ、及び、第２のサブセットの調整された推定の状態パラメータを含むことが提供される。好ましくは、第２のサブセットの調整されたパラメータは、受信機の絶対位置を含む。高精度の補正情報は、特に欧州特許第２２８１２１０号明細書及び欧州特許出願公開第１０１９４４２８号明細書の開示と一致するＰＰＰ法を実施するために提供される情報である。そのような高精度の補正情報は、搬送波位相、疑似距離及び／又はドップラー周波数測定値を提供する信号を生成する同じ衛星を介して提供される。代替的に、高精度の補正情報は、対応する送信機の地上ブロードキャスト、又は、それらをインターネットからダウンロードすることによって提供される。好ましくは、いくつかの状態パラメータ、及び特に、異なる可視衛星のいくつかの状態パラメータは、上述の状態パラメータを決定する方法によって決定される。特に、「可視」とは、情報を受信機に伝送するような衛星を指す。

受信機は、例えば、携帯電話、車両、ロボット又は無人航空機（ＵＡＶ）等の任意の移動デバイスに一体化できる。

好ましくは、
‐可視衛星の疑似距離、搬送波位相及び／又はドップラー周波数測定値、並びに、特に追跡される周波数を含む、測定された情報、
‐衛星軌道及びクロックオフセットについてのブロードキャスト情報、並びに
‐衛星位置、衛星クロックオフセット、衛星コード及び／又は位相バイアスの高精度の補正情報、
‐ブロードキャスト情報に基づいて、衛星に関する衛星位置の推定値及び衛星クロックオフセットの推定値を決定すること
を含む方法が、マイクロプロセッサ及び好ましくは格納／メモリユニット等の少なくとも１つのプロセッサユニットを含む分析システムに提供される。分析システムは、好ましくは、本発明の方法の少なくともいくつか又は全てのステップを実施するように構成されている。特に、測定された情報、ブロードキャスト情報及び／又は高精度の情報は、衛星及び／又は地上送信機を介して、特に異なる装置又は受信機である分析システムに伝送される。

方法は、好ましくは、以下の６つのステップを含む。
第１のステップは、衛星軌道及びクロックオフセットについてのブロードキャスト情報から、衛星位置の推定値及びクロックオフセットの推定値を決定することを含む。このステップは、ＧＰＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、Ｇｌｏｎａｓｓ及びＢｅｉｄｏｕ等の、各ＧＮＳＳの標準インタフェース管理文書（ＩＣＤ）に詳細に記載されている。

第２のステップは、第１のステップにおいてブロードキャストデータから得られた衛星位置及びクロックオフセットの推定値の改善を含み、すなわち、衛星位置及びクロックオフセットの高精度の補正が適用される。高精度の衛星位置の補正が軌道座標フレームにおいて提供されると（その軸は、径方向のアロングトラック及びクロストラック方向を指す）、補正は、地球中心地球固定（ＥＣＥＦ）フレーム内で最初に回転される。回転行列は、ＥＣＥＦフレームにおける衛星位置及び速度ベクトルから直接得られる、径方向のアロングトラック及びクロストラック方向の正規化された方向ベクトルから得られる。衛星クロックオフセットの場合、高精度の補正情報及び相対論的補正の双方が適用される。

第３のステップは、再帰的状態エスティメータを含む。このステップの効果は、その時点のエポックの疑似距離、搬送波位相及びドップラー測定値を使用して、状態パラメータのリアルタイム推定値を決定することである。状態エスティメータは、補正された高精度の衛星位置及びクロックオフセットの推定値、並びに、コード及び／又は位相バイアスの高精度の補正情報を、未加工の測定値にも適用し、それらの精度を改善するものとする。好ましくは、再帰的状態エスティメータは、以前のエポックの推定の状態パラメータも使用する。

提案される方法の第４のステップは、アンビギュイティをフィックスできる、搬送波位相測定値のサブセットの選択を含む。位相測定値のサブセットは、残差衛星位置、残差衛星クロックオフセット及び残差位相バイアス誤差に起因する測距誤差に基づいて選択され、すなわち、測距誤差の一括合計が所定の閾値を下回る場合、測定値がサブセットに含まれる。

第５のステップは、決定された第１のサブセットの位相アンビギュイティの実数値の推定値を整数にマッピングすることを含む。このマッピングは、搬送波位相アンビギュイティが本質的に整数値であるように行われる。

第６のステップは、アンビギュイティフィックス後の、全ての他の状態パラメータの調整を含む。このステップは、未知のパラメータの数がフィックスによって低減され、次いで、測位精度が、疑似距離測定ノイズではなく、位相測定ノイズによって推進されるため、測位精度の大きな改善につながり、結果として、受信機、特にその絶対位置の状態パラメータを決定する上での精密さが大幅に改善される。

好ましくは、推定の状態パラメータは、受信機の絶対位置及び／若しくは速度、受信機クロックオフセット、受信機クロックドリフト、対流圏天頂遅延、電離圏視線遅延、及び／若しくは、搬送波位相アンビギュイティであり、並びに／又は、１０個よりも多い、好ましくは２０個よりも多い、最も好ましくは３０個よりも多いＧＮＳＳ衛星信号、及び、他のセンサ又はブロードキャスト入力データストリームが、全球測位衛星システムの状態パラメータを決定するために使用される。推定の状態パラメータは、受信機の絶対位置及び速度、受信機クロックオフセット、受信機クロックドリフト、対流圏天頂遅延、電離圏視線遅延並びに搬送波位相アンビギュイティを含むものとする。これらの状態パラメータのうちのいくつかは、いくつかの仮定が課される場合（例えば、静止形態にある受信機に関して受信機速度を推定する必要がない）、最終的には推定する必要がない場合があり、いくつかのパラメータは、差分（例えば、受信機クロックオフセットが、衛星間の一重位相差によって排除される）、又は、線形結合（例えば、一次電離圏遅延を、２周波若しくは多周波数結合によって排除できる）によって排除される。

特に、再帰的状態エスティメータは、
‐以前のエポックの推定の状態パラメータ及び状態パラメータのダイナミクスを記述するモデルを使用する状態予測、並びに
‐測定された情報を使用して状態予測を補正する状態アップデート
を伴うカルマンフィルタである。

カルマンフィルタは２つの交互のステップを含む。第１のステップは、状態予測である。第１のステップは、以前のエポックの状態推定を使用し、状態遷移モデルを用いて状態推定を予測する。状態推定の共分散行列が、プロセスノイズ共分散行列を使用して、それに従って伝播される。カルマンフィルタの第２のステップは、状態アップデートである。状態アップデートは、実際の測定された情報を使用して、予測された推定の状態パラメータを補正する。このステップにおいて、測定残差／イノベーションは、カルマンゲインでスケーリングされる。カルマンゲインは、測定残差／イノベーションを状態スペースドメインに投影し、測定共分散行列にも依存する。カルマンゲインは、アップデートされた状態推定の分散が最小限に抑えられるように、イノベーションをスケーリングする。

好ましくは、状態アップデートは、
‐補正された衛星位置及び推定の受信機位置を使用して、衛星から受信機を指す正規化された方向ベクトルを決定すること、並びに／又は
‐衛星から受信機を指す正規化された方向ベクトル、補正された衛星位置及び補正されたクロックオフセット、並びに、高精度の位相及びコードバイアス補正を使用して、疑似距離及び搬送波位相測定値を補正すること、並びに／又は
‐衛星から受信機を指す正規化された方向ベクトルを使用して、測定された情報と状態パラメータとの間のマッピングを記述する行列を決定すること、並びに／又は
‐補正された疑似距離及び搬送波位相測定値、ドップラー測定値、測定値と推定の状態パラメータとの間のマッピングを記述する行列、並びに、第１及び第２のサブセットの推定の状態パラメータを使用して、測定残差を決定すること、並びに／又は
‐決定された測定残差、及び、測定値と状態パラメータとの間のマッピングを記述する行列を使用して、予測された状態パラメータを補正すること、並びに／又は
‐搬送波位相測定値のサブセットを決定することであって、ここで、残差衛星位置、クロックオフセット及び位相バイアス誤差の一括合計が所定の閾値を下回る、決定すること、並びに／又は
‐搬送波位相測定値の決定されたサブセットの位相アンビギュイティに関連する、第１のサブセットの推定の状態パラメータを整数にマッピングすること、並びに／又は
‐搬送波位相測定値の決定されたサブセットの位相アンビギュイティを整数にマッピングするための、搬送波位相測定値の決定されたサブセットの位相アンビギュイティに関連する状態パラメータを除いて、補正され予測された状態パラメータを調整すること
を含む。

カルマンフィルタの状態アップデートは、好ましくは、一連の個々の処理ステップを含む。第１に、衛星から受信機を指す正規化された方向ベクトルを、高精度の補正された衛星位置及び推定の受信機位置を使用して決定する。続いて、疑似距離及び搬送波位相測定値を補正し、すなわち、高精度の衛星位置及びクロックオフセット推定値を、正規化された方向ベクトルによって、径方向に投影し、次いで、測定された情報に適用する（距離ドメインで）。その上、衛星位相及びコードバイアス補正を、搬送波位相及び疑似距離測定値に適用する。次に、測定値と状態パラメータとの間のマッピングを記述する行列を決定する。これは、状態パラメータに対する測定値の偏微分を含み、それによって、衛星から受信機を指す正規化された方向ベクトル、及び、それ自体が衛星の高度に依存する対流圏マッピング関数に依存する。続いて、測定残差／イノベーションを、実際の補正された測定値及び算出され補正された測定値の差として決定する。これらは、マッピング行列に予測された状態パラメータのベクトルを乗算することによって得られる。次のステップにおいて、測定残差／イノベーションを、カルマンゲインによって状態スペースドメイン内に投影し、次いで、投影された残差を、予測された状態パラメータに補正として適用する。完全な又は部分的な整数アンビギュイティフィックスは、状態アップデートに一体化することもできる。残差衛星位置、クロックオフセット及び位相バイアス誤差の一括合計が所定の閾値を下回る場合に、搬送波位相測定値のサブセットが最初に選択される。次に、決定されたサブセットの位相アンビギュイティに関連する推定の状態パラメータを、整数にマッピングし、第１のサブセットの状態パラメータを提供し、全ての他の状態パラメータをそれに従って調整し、整数のアンビギュイティフィックスから十分に恩恵を受けて、第２のサブセットの推定の状態パラメータを提供する。調整は、最小二乗推定によって行われる。

好ましくは、状態アップデートは、それ自体が反復して実施され、任意の反復における状態パラメータは、衛星から受信機を指す正規化された方向ベクトルを決定するために、後の反復で使用される。状態アップデートは、状態パラメータと測定値との間の（線形化）マッピング行列が分かっていることを必要とし、これは、それ自体が、未知の受信機位置に依存する。反復解を状態アップデート内で使用して、線形化、それによって解の精度を改善するものとする。より具体的には、或る特定の反復のアップデートされた位置推定を、次の反復において使用し、衛星から受信機を指す正規化された方向ベクトルを決定するものとする。

好ましくは、状態パラメータは、
‐補正された衛星位置及びクロックオフセット、並びに、高精度の位相及びコードバイアス補正を、疑似距離及び搬送波位相測定値に適用すること、並びに
‐対流圏及び電離圏遅延に関するモデルベースの補正を、補正された疑似距離及び搬送波位相測定値に付加的に適用すること、並びに
‐補正された疑似距離及び搬送波位相測定値並びにドップラー周波数測定値を使用して、受信機位置及び速度、受信機クロックオフセット及びクロックドリフト、並びに、搬送波位相アンビギュイティ又はこれらのパラメータのサブセットの最小二乗推定を実施すること
によって、最初のエポックにおいて初期化される。

カルマンフィルタと同様の再帰的状態エスティメータは、或る特定の初期化を必要とする。したがって、状態パラメータは、受信機位置及び速度、受信機クロックオフセット及びクロックドリフト、並びに、搬送波位相アンビギュイティ又はこれらのパラメータのサブセットの最小二乗推定を実施することによって、最初のエポックにおいて初期化されるものとする。最小二乗推定は、疑似距離、搬送波位相及びドップラー測定値を使用するものとする。しかし、測定値は、衛星位置及びクロックオフセットの推定値の高精度の補正、位相及び／又はコードバイアスの高精度の補正情報、並びに、対流圏及び電離圏遅延に関するモデルベースの補正を用いて最初に補正され、初期化の精度を改善するものとする。

特に、測定された情報は、最終的なサイクルスリップ及びクロックジャンプに関して事前補正され、測定された情報の異常値が決定されて、状態アップデートにおいて使用される前に測定値から排除され、並びに／又は、測定された情報、ブロードキャスト情報及び／若しくは高精度の情報のうちの１つ又は複数の妥当性チェックが実施され、好ましくは、測定された情報、ブロードキャスト情報及び／若しくは高精度の情報の少なくとも一部が排除され、並びに／又は、測定された情報、ブロードキャスト情報及び／若しくは高精度の情報の精度が所定の閾値を下回る場合に、警告信号が生成される。その結果、搬送波位相測定値、疑似距離及びドップラー測定値が、最終的なサイクルスリップ、クロックジャンプ及び最終的な異常値に関して、カルマンフィルタの状態アップデートにおけるそれらの使用前に、慎重にスクリーニングされる場合に、再帰的状態推定の精度及び収束を更に改善できる。

好ましくは、全ての衛星の中から基準衛星が選択され、基準衛星と任意の他の衛星との間の測定された情報の差が決定され、測定された情報の差は、状態アップデートにおいて使用される。基準衛星は、基準衛星と任意の他の衛星との間の測定値の差を決定するために全ての衛星の中から選択され、共通の受信機クロックオフセット、受信機コード及び受信機位相バイアスを排除し得る。差のない測定値の代わりに、一重位相差の搬送波位相、疑似距離及びドップラー測定値をカルマンフィルタの状態アップデートにおいて使用できる。

特に、整数にフィックスされる、搬送波位相測定値の選択されたサブセットの位相アンビギュイティに関連する第１のサブセットの推定の状態パラメータのマッピングは、位相アンビギュイティに関連する第１のサブセットの推定の状態パラメータの共分散行列を使用して連続して実施される。搬送波位相測定値の決定されたサブセットの位相アンビギュイティに関連する推定の状態パラメータを整数にマッピングすること（整数アンビギュイティフィックス又は決定とも呼ばれる）は、未知のものの数を低減し、測位の精度及び収束時間を改善する。様々な整数アンビギュイティフィックス技法が存在する。連続的なフィックスは、計算上非常に効率的な手法であり、フロートのアンビギュイティ推定値間の相関を考慮する。連続的なフィックスの成功率も、累積ガウス分布から非常に容易に決定できる。

特に、整数にフィックスされる、搬送波位相測定値の決定されたサブセットの位相アンビギュイティに関連する第１のサブセットの状態パラメータのマッピングは、数値探索によって実施され、この数値探索の効率は、整数無相関化によって高められる。この実施形態は、反復に関連する上記の実施形態におけるよりも、より強力な整数アンビギュイティエスティメータを含む。これは、或る特定のコスト関数に基づいて、整数アンビギュイティの数値探索を実施する。コスト関数は、例えば、二乗アンビギュイティ残差又は平均二乗測位誤差の合計であり得る。探索の効率は、実際の探索の前に、整数無相関化をフロートのアンビギュイティ解に適用することによって改善される。

好ましくは、新たに追跡される衛星に関連する状態パラメータは、新たに追跡される衛星の測定される情報、及び、状態アップデートにおいて決定された補正された予測の状態パラメータを使用して、最小二乗推定によって決定される。受信機－衛星のジオメトリは、経時にわたって変化し、これは、新たに追跡される衛星及び見失われた衛星につながる。方法は、解全体を再開する必要なく、新たに追跡される衛星から恩恵を受けることができる。新たに追跡される衛星に関連する状態パラメータ（通常は電離圏視線遅延及び搬送波位相アンビギュイティ）は、新たに追跡される衛星の測定値、及び、カルマンフィルタのアップデートステップにおいて得られるようなアップデートされた状態パラメータを使用して最小二乗推定によって決定される。

特に、対流圏遅延及び／又は電離圏遅延に関する付加的な補正が、状態アップデートにおいて使用される測定ベクトルに含まれ、並びに／又は、他のセンサからの測定値が状態アップデートに使用され、これらのセンサは、慣性、ホイールオドメトリ、気圧計、カメラ、レーダ及び／若しくはＬｉＤＡＲセンサ、並びに／又は、地図におけるカメラ、レーダ及び／若しくはＬｉＤＡＲセンサ測定値の位置特定によって得られる位置情報であり得る。測位方法の精度及び収束の速度は、いくつかの付加的な大気補正を使用することによって実質的に改善できる。これらの補正は、対流圏若しくは電離圏補正又は双方であり得る。測定ベクトルを延長してもよく、すなわち、大気補正は、実際の測定値を下回ってスタックしてもよい。それによって、補正は、カルマンフィルタの状態アップデートにおいて利用される。大気補正の精度は、それに従って延長される測定共分散行列において考慮される。

ＧＮＳＳ信号は、環境に対して敏感であり、マルチパス及びシャドウイングの影響を受ける。これは通常、精度の大幅な低下につながる。センサフュージョンがこの課題を克服し得る。カルマンフィルタは、他のセンサ、例えば慣性、ホイールオドメトリ、気圧計、カメラ、レーダ又はＬｉＤＡＲセンサを用いるＧＮＳＳ測定の厳密な結合に理想的な基礎を提供する。

一括合計基準を使用すること、及び、パラメータを第１のサブセット又は第２のサブセットに割り当てることは、パラメータを短い時間期間にわたって第２のサブセットに少なくとも割り当てることによって、マルチパス誤差又はシャドウイング効果等の、移動受信機における環境条件に対して反応することも可能にし、パラメータはそうでなければ第１のサブセットに割り当てられる。一括合計基準をリアルタイムでチェックすることによって、優勢であるか又は比較的短い時間期間にわたってのみ存在するパラメータに対する影響を考慮することが有利には可能である。

好ましくは、状態アップデートの受信機の絶対位置の推定に、変位補正が適用され、一方で、変位補正は、地球潮汐、極運動及び海洋荷重補正を含む。地球は剛体ではなく、すなわち、月及び太陽によって、地球の地殻の数センチメートルからデシメートルのいくらかの周期的な変形につながる。したがって、地盤変位補正が、再帰的状態エスティメータから得られる位置解に適用されるものとする。状態変位補正は、地球潮汐、極運動及び海洋荷重補正を含み、国際地球基準座標系（ＩＴＲＦ）と互換性のある位置解を得るものとする。地球潮汐補正は、極運動及び海洋荷重補正よりもはるかに高く、多くの用途の場合に十分であり得る。

本発明の別の主題は、本発明の方法を実施するように構成されている分析システム、特に、装置及び／又はその構成要素に関する。方法の文脈において説明される全ての利点及び／又は仕様は、分析システムに同様に当てはまり、逆もまた同様である。特に、分析システムが、受信機又は異なる装置に組み込まれるプロセッサを備えることが提供される。受信機、すなわちＧＮＳＳ受信機及び装置が、同じ回路基板に位置付けられるか、又は、互いから離間し、装置が受信機の一部ではないことさえも考えられる。これは、全球測位衛星システムの受信機の絶対位置を決定する方法の、ＧＮＳＳチップ上への直接的な、又は、正確な位置解の需要を有する任意の装置若しくはデバイスの一部である任意の他のプロセッサ上への一体化を含む。

好ましくは、分析システムという用語は、（パーソナル）コンピュータ、マイクロコントローラ又は集積回路も指し得る。好ましくは、分析システムは、算出ユニット及びメモリユニットを備える。算出ユニットは、ハードウェア素子及びソフトウェア素子、例えばマイクロプロセッサ又はフィードプログラマブルゲートアレイを備えることができる。メモリユニット又は格納デバイスは、非固定メインメモリ（例えばランダムアクセスメモリ）、又は、固定マスストレージ（例えば、ハードディスク、ＵＳＢスティック、ＳＤカード、ソリッドステートディスク）として具現できる。

本発明の別の主題は、プログラムコード命令を含むコンピュータプログラム製品であって、プログラムコード命令が、プログラマブルデバイス、特に本発明の分析システムのメモリにロードされている場合に、本発明による方法のステップを実行する、コンピュータプログラム製品に関する。

既に明示的に記載されていない場合であっても、個々の実施形態又はそれらの個々の態様及び特徴は、記載される発明の範囲を限定するか又は広げることなく、互いに組み合わせ又は入れ替えでき、これは、そのような組み合わせ又は入れ替えが有意義であり、本発明の趣旨である場合である。本発明の１つの実施形態に関して記載される利点は、適用可能な場合はいつでも、本発明の他の実施形態の利点でもある。

本発明の第１の好ましい実施形態による、クロック補正を提供する方法の第１の部分の概略図である。 本発明の好ましい実施形態による、状態パラメータを決定する方法のフロー図を概略的に示す図である。

図１において、全球測位衛星システム（ＧＮＳシステム）を使用することによって移動受信機５の位置を決定する方法が示されている。全球測位衛星システムは、地球の周りを周回するとともに、いくつかの搬送波周波数上に変調されたナビゲーション信号４を放出する衛星２を含む。ナビゲーション信号４は、移動ユニット、ロボット、車両及び／又はＵＡＶに組み込まれ得る移動ナビゲーションシステム等の移動受信機５によって、アンテナ６を介して受信される。受信機５は、車両４０に一体化することもできる。好ましくは、車両は、受信機５の位置を決定する方法において考慮される対応するデータを提供するための、慣性センサ４１、ホイールセンサ４２、特にホイールオドメトリセンサ、気圧計４３、カメラ４４、レーダ４５及び／又はＬｉＤＡＲセンサ４６等のセンサを含む。好ましくは、車両４０の窓が、気圧計４３の適切な動作を保証するように、傾斜している。受信されたナビゲーション信号４は、移動受信機５の位置、特に実際の位置を決定するための未加工のデータを含む。アンテナ６は、受信されたナビゲーション信号４が増幅される、バンドパスフィルタ及びローノイズアンプ７に接続されている。バンドパスフィルタ及びローノイズアンプ７並びに基準発振器９に接続されている後続のダウンコンバータ８において、受信されたナビゲーション信号４は、基準発振器９からの発振信号を使用して、より低い周波数に変換される。ダウンコンバートされたナビゲーション信号は、バンドパス及びサンプリングユニット１０を通過し、ここでは、アナログのナビゲーション信号４がサンプリングされる。サンプリングされたナビゲーション信号４は、次に、追跡ユニット１１に渡され、ここで、ナビゲーション信号４、特にナビゲーション信号４に含まれている搬送波信号の位相、及び／又は、コード信号の遅延が追跡される。追跡ユニット１１に続いて、バイアス減算ユニット１２があり、ここでは、位相及び／又はコードバイアスが、搬送波信号の位相及びコード信号の疑似距離から減算される。後続の位置推定ユニット１３が、コード信号に基づいて搬送波信号及び疑似距離信号を処理することによって得られた位相信号に基づいて、ナビゲーションデバイス５の実際の位置を決定する。位置推定の結果は、最終的に、モニタデバイス１４に表示できる。

受信されたＧＮＳ信号４は、移動受信機５によって使用され、疑似距離及び搬送波位相測定値を生成するとともに、粗い衛星位置、クロックオフセット及び信号バイアスを含むナビゲーションデータを復号する。加えて、移動受信機５は、ＧＮＳ信号４のサブセットに関して、追跡された衛星２のサブセットから配布された補正データ情報２０を復号する。次いで、精密な補正データが、粗いナビゲーションデータと組み合わせて使用され、疑似距離及び搬送波位相測定値を精密にモデル化し、大気遅延に関して補正する。正確にモデル化された観測値は、移動受信機が、ＰＰＰを使用して、位置、特に実際の位置の精密な推定値を計算することを可能にする。好ましくは、高精度の補正情報を含む補正情報２０は、中央コンピュータユニット３０によって提供され、衛星２によって受信機５にブロードキャストされる。例えば、精度補正情報は、コード及び位相バイアスの補正情報２１、並びに／又は、衛星位置及びクロックオフセットの補正情報２２を含む。特に、コード及び位相バイアスの補正情報２１は、減算ユニット１２によって使用され、並びに／又は、衛星位置及びクロックオフセットの補正情報２２は、位置推定ユニット１３によって使用される。

図２において、好ましい実施形態による本発明の方法を示すフロー図が概略的に示されている。特に、方法は、方法のステップを実施するように構成されている分析システムによって実施される。好ましくは、分析システムは、少なくとも１つのプロセッサユニット及び格納媒体を含み、格納媒体は、可視衛星の疑似距離、搬送波位相及び／又はドップラー周波数測定値、並びに、特に、追跡される周波数を含む、測定された情報、衛星軌道及びクロックオフセットについてのブロードキャスト情報、並びに、衛星位置、衛星クロックオフセット、衛星コード及び／又は位相バイアスの高精度の補正情報を提供するように構成されており、プロセッサユニットは、
‐ブロードキャスト情報に基づいて、衛星に関する衛星位置の推定値及び衛星クロックオフセットの推定値を決定すること１０１、
－高精度の情報、特に、衛星位置及び衛星クロックオフセットの高精度の補正情報を使用することによって、衛星位置の推定値及び衛星クロックオフセットの推定値に基づいて、衛星に関する補正された衛星位置及び補正された衛星クロックオフセットを決定すること１０２、
‐測定された情報、補正された衛星位置及び補正されたクロックオフセット推定値、並びに、コード及び位相バイアス補正の高精度の情報のうちの少なくとも１つを使用して、再帰的状態エスティメータによって推定の状態パラメータを決定すること１０３、
‐搬送波位相測定値のセットを決定することであって、搬送波位相測定値のセットは、高精度の補正の適用後の、所定の閾値を下回る、例えば残差衛星位置、クロックオフセット誤差及び／又はバイアス誤差に関する、残差の未補正の誤差の一括合計を有する、決定すること、
‐推定の状態パラメータを、搬送波位相測定値の決定されたセットの位相アンビギュイティ推定値を含むフィックス可能な状態パラメータの第１のサブセット、及び、フィックス不可能であるか調整可能な状態パラメータの第２のサブセットに分割すること１０４、
‐フィックス可能な状態パラメータの第１のサブセットに割り当てられる推定の状態パラメータを整数にマッピングすること１０５、
‐フィックスされた位相アンビギュイティに依存して、フィックス不可能であるが調整可能な状態パラメータの第２のサブセットに割り当てられる推定の状態パラメータを調整すること１０６、並びに
‐マッピング及び調整された推定の状態パラメータを提供すること１０７
を実施するように構成されている。

好ましくは、再帰的状態エスティメータは、状態予測１００ａを伴うカルマンフィルタであることが提供され、これは、以前のエポックの推定の状態パラメータ及び状態パラメータのダイナミクスを記述するモデルを使用して、予測される状態パラメータ及びそれらの共分散行列を提供する。さらに、初めに、特に、
‐補正された衛星位置及び補正されたクロックオフセット、並びに、位相及び／又はコードバイアスの高精度の補正情報を、疑似距離及び搬送波位相測定値に適用すること、並びに／又は
‐対流圏及び電離圏遅延に関するモデルベースの補正を、補正された疑似距離及び補正された搬送波位相測定値に付加的に適用すること、並びに／又は
‐補正された疑似距離及び搬送波位相測定値並びにドップラー周波数測定値を使用して、受信機位置及び速度、受信機クロックオフセット及びクロックドリフト、並びに／又は、搬送波位相アンビギュイティの最小二乗推定を実施すること
によって、初期化１００を実施することが好ましくは提供される。

その上、特に衛星位置の推定値及びクロックオフセットの推定値を決定する１０１ステップにおいて、特に状態アップデート中の複数回の反復に、及び／又は、考慮される測定値の後続のエポックの状態予測１００ａにフィードバック１０８を提供することが考えられる。

好ましくは、誤差スクリーニング１０３ａ中に事前補正が実施され、ここで、測定された情報の異常値が決定され、状態アップデートにおいて使用される前に、測定された情報から排除される。

したがって、受信機５の位置を決定するために利用可能な衛星に割り当てられる状態パラメータを設定するためにフィックスされる搬送波位相アンビギュイティの数を低減することが有利には可能である。

２ 衛星
４ ナビゲーション信号
５ 移動受信機
６ アンテナ
７ バンドパスフィルタ及びローノイズアンプ
８ ダウンコンバータ
９ 基準発振器
１０ バンドパス及びサンプリングユニット
１１ 追跡ユニット
１２ 減算ユニット
１３ 推定ユニット
２０ 補正情報
２１ コード及び位相バイアスの補正情報
２２ 衛星位置及びクロックオフセットの補正情報
３０ 中央計算ユニット
４０ 車両
４１ 慣性センサ
４２ ホイールセンサ
４３ 気圧計
４４ カメラ
４５ レーダ
４６ ＬｉＤＡＲ
１００ 初期化
１００ａ 状態予測
１０１ 衛星位置の推定値及びクロックオフセット推定値を決定すること
１０２ 補正された衛星位置及び補正されたクロックオフセットを決定すること
１０３ａ 誤差スクリーニング
１０３ 推定の状態パラメータを決定すること
１０４ 分割すること
１０５ 第１のサブセットの推定の状態パラメータをマッピングすること
１０６ 第２のサブセットの推定の状態パラメータを調整すること
１０７ 状態パラメータを提供すること
１０８ フィードバック

Claims (15)

1. 全球測位衛星システム受信機（５）の状態パラメータ、特に、推定の状態パラメータを決定し、特に、その絶対位置を特定する方法であって、前記状態パラメータを決定することは、
   ‐可視衛星の疑似距離、搬送波位相及び／又はドップラー周波数測定値、並びに、特に追跡される周波数を含む、測定された情報、
   ‐衛星軌道及びクロックオフセットについてのブロードキャスト情報、並びに
   ‐衛星位置、衛星クロックオフセット、衛星コード及び位相バイアスの高精度の補正情報
   に基づくものであり、該方法は、
   ‐前記ブロードキャスト情報に基づいて、前記衛星に関する衛星位置の推定値及び衛星クロックオフセットの推定値を決定すること、
   ‐前記高精度の情報、特に、前記衛星位置及び前記衛星クロックオフセットの前記高精度の補正情報を使用することによって、前記衛星位置の推定値及び前記衛星クロックオフセットの推定値に基づいて、前記衛星に関する補正された衛星位置及び補正された衛星クロックオフセットを決定すること、
   ‐前記測定された情報、前記補正された衛星位置、前記補正されたクロックオフセットの推定値、並びに、前記コード及び位相バイアスの前記高精度の補正情報のうちの少なくとも１つを使用して、再帰的状態エスティメータによって推定の状態パラメータを決定すること、
   ‐搬送波位相測定値のセットを決定することであって、該搬送波位相測定値のセットは、高精度の補正情報の適用後の、所定の閾値を下回る、例えば残差衛星位置、クロックオフセット誤差及び／又はバイアス誤差に関する、残差の未補正の誤差の一括合計を有する、決定すること、
   ‐前記推定の状態パラメータを、前記搬送波位相測定値の決定されたセットの個々の位相アンビギュイティ推定値を含むフィックス可能な状態パラメータの第１のサブセット、及び、フィックス不可能であるが調整可能な状態パラメータの第２のサブセットに分割すること、
   ‐前記フィックス可能な状態パラメータの第１のサブセットに含まれる前記推定の状態パラメータを整数にマッピングすること、
   ‐前記フィックスされた位相アンビギュイティに依存して、前記フィックス不可能であるが調整可能な状態パラメータの第２のサブセットに含まれる前記推定の状態パラメータを調整すること、並びに
   ‐前記マッピング及び調整された推定の状態パラメータを提供すること
   を含む、方法。
2. ‐前記推定の状態パラメータは、前記受信機の絶対位置及び／若しくは速度、受信機クロックオフセット、受信機クロックドリフト、対流圏天頂遅延、電離圏視線遅延、及び／若しくは、前記搬送波位相アンビギュイティを含み、並びに／又は
   ‐１０個よりも多いＧＮＳＳ衛星信号（４）、好ましくは２０個よりも多いＧＮＳＳ衛星信号（４）、最も好ましくは３０個よりも多いＧＮＳＳ衛星信号（４）、及び、好ましくは他のセンサ又はブロードキャスト入力データストリームが、前記全球測位衛星システム（ＧＮＳＳ）の前記状態パラメータを決定するために使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記再帰的状態エスティメータは、
   ‐以前のエポックの前記推定の状態パラメータ及び状態パラメータのダイナミクスを記述するモデルを使用して、予測される状態パラメータ及びそれらの共分散行列を提供する状態予測（１０３ａ）、並びに
   ‐前記測定された情報を使用して予測された状態パラメータを補正し、アップデートされた状態パラメータ及びそれらの共分散行列を提供する、状態アップデート
   を伴うカルマンフィルタであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記状態アップデートは、
   ‐前記補正された衛星位置及び前記推定の状態パラメータ、特にその絶対位置を使用して、衛星から前記受信機を指す正規化された方向ベクトルを決定すること、並びに／又は
   ‐前記衛星から前記受信機を指す前記正規化された方向ベクトル、前記補正された衛星位置及び補正されたクロックオフセット、並びに、前記位相及び／若しくはコードバイアスの前記高精度の補正情報を使用して、前記疑似距離及び搬送波位相測定値を補正すること、並びに／又は
   ‐前記衛星から前記受信機を指す前記正規化された方向ベクトルを使用して、測定された情報と状態パラメータとの間のマッピングを記述する行列を決定すること、並びに／又は
   ‐前記補正された疑似距離及び搬送波位相測定値、前記ドップラー測定値、前記測定値と前記推定の状態パラメータとの間の前記マッピングを記述する前記行列、並びに、前記第１のセットの前記推定のパラメータ及び前記第２のサブセットの前記推定の状態パラメータを使用して、測定残差を決定すること、並びに／又は
   ‐前記決定された測定残差、及び、前記測定値と状態パラメータとの間の前記マッピングを記述する前記行列を使用して、前記予測された状態パラメータを補正すること、並びに／又は
   ‐搬送波位相測定値の前記第１のサブセットを選択することであって、ここで、前記残差衛星位置、残差衛星クロックオフセット及び残差衛星位相バイアス誤差の前記一括合計が所定の閾値を下回る、選択すること、並びに／又は
   ‐前記位相アンビギュイティに関連する、前記第１のサブセットの前記推定の状態パラメータを整数にマッピングすること（１０５）、並びに／又は
   ‐前記第２のサブセットに割り当てられる状態パラメータを、前記フィックスされた位相アンビギュイティに依存して調整すること（１０６）
   を含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記状態アップデートは、それ自体が反復して実施され、任意の反復における前記状態パラメータは、前記衛星（２）から前記受信機（５）を指す前記正規化された方向ベクトルを決定するために、次の反復において使用されることを特徴とする、請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記状態パラメータは、
   ‐前記補正された衛星位置及び補正されたクロックオフセット、並びに、前記位相及び／又はコードバイアスの前記高精度の補正情報を、前記疑似距離及び搬送波位相測定値に適用すること、並びに
   ‐対流圏及び電離圏遅延に関するモデルベースの補正を、前記補正された疑似距離及び補正された搬送波位相測定値に付加的に適用すること、並びに
   ‐前記補正された疑似距離及び搬送波位相測定値並びに前記ドップラー周波数測定値を使用して、受信機位置及び速度、前記受信機クロックオフセット及びクロックドリフト、並びに／又は、前記搬送波位相アンビギュイティの最小二乗推定を実施すること
   によって、最初のエポックにおいて初期化されることを特徴とする、請求項３～５のいずれか一項に記載の方法。
7. ‐前記測定された情報は、最終的なサイクルスリップ及びクロックジャンプに関して事前補正され、前記測定された情報の異常値が決定されて、前記状態アップデートにおいて使用される前に前記測定された情報から排除され、並びに／又は
   ‐前記測定された情報、前記ブロードキャスト情報及び／若しくは前記高精度の情報のうちの１つ又は複数の妥当性チェックが実施され、好ましくは、前記測定された情報、前記ブロードキャスト情報及び／若しくは前記高精度の情報の少なくとも一部が排除され、並びに／又は、前記測定された情報、前記ブロードキャスト情報及び／若しくは前記高精度の情報の精度が所定の閾値を下回る場合に、警告信号が生成されることを特徴とする、請求項３～６のいずれか一項に記載の方法。
8. 全ての衛星（２）の中から基準衛星が選択され、前記基準衛星と任意の他の衛星との間の測定された情報の差が決定され、該測定された情報の差は、前記状態アップデートにおいて使用される、請求項３～７のいずれか一項に記載の方法。
9. 整数にフィックスされる、搬送波位相測定値の選択されたサブセットのフィックスされた位相アンビギュイティに関連する前記第１のサブセットの前記推定の状態パラメータのマッピング（１０５）は、前記フィックスされた位相アンビギュイティに関連する前記第１のサブセットの前記推定の状態パラメータの共分散行列を使用して連続して実施されることを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
10. 整数にフィックスされる、搬送波位相測定値の決定されたサブセットの前記位相アンビギュイティに関連する前記第１のサブセットの前記状態パラメータの前記マッピング（１０５）は、数値探索によって実施され、好ましくは、この数値探索の効率は、整数無相関化によって高められることを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
11. 新たに追跡される衛星（２）に関連する前記状態パラメータは、前記新たに追跡される衛星の測定される情報、及び、好ましくは前記状態アップデートにおいて決定された前記補正された予測の状態パラメータを使用して、最小二乗推定によって決定されることを特徴とする、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記対流圏遅延及び／又は電離圏遅延に関する付加的な補正は、前記状態アップデートにおいて使用される測定ベクトルに含まれ、並びに／又は、他のセンサからの測定値が状態アップデートに使用され、これらのセンサは、慣性、ホイールオドメトリ、気圧計、カメラ、レーダ及び／若しくはＬｉＤＡＲセンサであり得ることを特徴とする、請求項３～１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記状態アップデートの結果に、変位補正は適用され、一方で、前記変位補正は、地球潮汐、極運動及び海洋荷重補正を含むことを特徴とする、請求項３～１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成されている分析システム、特に、装置及び／又はその構成要素。
15. プログラムコード命令を含むコンピュータプログラム製品であって、前記プログラムコード命令がプログラマブルデバイス、特に請求項１４に記載の前記分析システムのメモリにロードされている場合に、請求項１～１３のいずれか一項に記載の前記方法のステップを実行する、コンピュータプログラム製品。

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