JP2963912B2 - Ｇｐｓ航法装置 - Google Patents
Ｇｐｓ航法装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＧＰＳ航法でのユーザ
速度の演算処理および表示に関するものである。なお、
使用文字の制限上から、この発明において、英文字に下
付文字ｔを添えて記した符号のものは、その符号の対象
となるものの値の時間に対する微分値を表し、また、数
式において、√で記した部分は、√の後に続く 〔〕内
にあるものを√することを表すものである。つまり、上
記の下付文字ｔを添えて記した符号の部分は、一般の速
度方程式などにおいて、符号の上に・を付して表してい
るものと同一の意昧を表していることになるものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】ＧＰＳ航法は、極軌道を運行する複数個
の衛星からの電波を利用して、ユーザが各衛星の位置お
よび自分と各衛星との擬似レンジと擬似レンジレイトを
求め、連続的にユーザの位置および速度と進行方向を演
算して求める航法である。そして、これらの求めた値
を、表示や制御値や警報などのうちの１つまたは複数の
もの（この発明において、「表示など」という）に用い
ている。なお、擬似レンジは、衛星とユーザとの間の見
かけの距離、つまり、真の距離と補正すべき距離とを含
んだ距離であり、補正すべき距離は、主として、時計オ
フセットにもとづくものなので、ここでは、「距離＋
（光速×時計オフセット）」として、以下の演算を行っ
ている。また、擬似レンジの単位時間当たりの変化率が
擬似レンジレイトであり、衛星側の時計とユーザ側の時
計との間の「時間ずれ」が時計オフセットであって、時
計オフセットの単位時間当たり変化率が時計オフセット
レイトである。 【０００３】いま、座標系として、地球中心・地球固定
のデカルト座標系（この発明において、地心直交座標系
という）をとり、ユーザ座標をＵｘ，Ｕｙ，Ｕｚ、衛星
座標をＸｉ，Ｙｉ，Ｚｉ（１≦ｉ≧ｎ）とする。電波を
利用して測定される各衛星との擬似レンジＰＤｉ（距離
＋Ｃ・時計オフセットＢ）と座標の間には、次式の関係
がある。 【０００４】 （Ｘｉ−Ｕｘ）２＋（Ｙｉ−Ｕｙ）２＋（Ｚｉ−Ｕｚ）２ ＝（ＰＤｉ＋Ｃ・Ｂ）２ ……（１） ここで、Ｃは光速度、Ｂは時計オフセットである。ＰＤ
ｉの実測値をＭＳＲｉとして表わせば、４個の衛星を捕
捉した場合には、一般に次の連立位置方程式が得られ
る。 【０００５】 （ＭＳＲ１＋Ｃ・Ｂ）２ ＝（Ｘ１−Ｕｘ）２＋（Ｙ１−Ｕｙ）２＋（Ｚ１−Ｕｚ）２ （ＭＳＲ２＋Ｃ・Ｂ）２ ＝（Ｘ２−Ｕｘ）２＋（Ｙ２−Ｕｙ）２＋（Ｚ２−Ｕｚ）２ （ＭＳＲ３＋Ｃ・Ｂ）２ ＝（Ｘ３−Ｕｘ）２＋（Ｙ３−Ｕｙ）２＋（Ｚ３−Ｕｚ）２ （ＭＳＲ４＋Ｃ・Ｂ）２ ＝（Ｘ４−Ｕｘ）２＋（Ｙ４−Ｕｙ）２＋（Ｚ４−Ｕｚ）２ ……（２） （２）式の両辺を時間に就いて微分すれば、ｉ＝１，
２，３，４に対して次式を得る。 【０００６】 （ＭＳＲｉ＋Ｃ・Ｂ）・ＭＳＲＤｉ＝（Ｘｉ−Ｕｘ）・（Ｘｉｔ−Ｕｘｔ） ＋（Ｙｉ−Ｕｙ）・（Ｙｉｔ−Ｕｙｔ） ＋（Ｚｉ−Ｕｚ）・（Ｚｉｔ−Ｕｚｔ） ……（３） ここで、ＭＳＲＤｉはＭＳＲｉの時間に関する微分値で
あるが、これも測定から求まる。（３）式で、Ｕｘｔ，
Ｕｙｔ，Ｕｚｔ，Ｂｔは変数、他はすべて既知（方程式
（２）式を解いて得られるものもある）の係数と見做し
て同式を書直せば、次の連立速度方程式が得られる。 【０００７】 Ａ・Ｕｔ＝Ｄ ……（４） 但し、 【０００８】 【数１】 【０００９】ＧＰＳ航法では、（２）式に示した連立位
置方程式を解いてＵｘ，Ｕｙ，Ｕｚ，Ｂを求め、それら
の値を使って（３）式に示した連立速度方程式を構築
し、それを解いてＵｘｔ，Ｕｙｔ，Ｕｚｔ，Ｂｔを求め
る。上式の中ではＭＳＲｉをＲｉで表している。なお、
補足衛星が３個以下の場合においては、足りない個数の
衛星として仮想衛星を用いるのが有効であり、こうした
仮想衛星を用いる方法などについては、本願出願人によ
る特願昭６１−２８０６４７（特開昭６３−１３４９７
５）「ＧＰＳ航法演算処理方法、並びにその方法を用い
たＧＰＳ航法演算処理装置」（以下、第１従来技術とい
う）により開示してある。また、船舶上の異なる位置に
複数のＧＰＳの受信部、つまり、複数の衛星航法受信部
を配置しておき、各衛星航法受信部から得られる受信デ
ータにもとづいて、船舶の速度、ピッチ角度、方位角
度、ロール角度などを演算するＧＰＳジャイロの構成
（以下、第２従来技術という）が特公昭５９−２８７０
・特開昭６０−２４４８７８などにより開示されてい
る。さらに、航空機のピッチ角度、対地高度、下降率な
どが可変可能な所定の条件値になっている場合に警報を
発生する構成（以下、第３従来技術という）が特開昭６
０−８１９７などにより開示されている。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】上記の第２従来技術で
は、複数の衛星航法受信部を必要とするため、装置が複
雑化して高価にならざる得ないので、地上を走行する車
両や船舶等がユーザの場合には、上記の第１従来技術に
おけるＧＰＳ航法装置のみによって、ユーザの進行方向
における速度Ｖ、方位角ＶＡＺおよび仰角ＶＥＬ（この
発明において、ユーザ速度Ｖ、ユーザ方位角ＶＡＺおよ
びユーザ仰角ＶＥＬという）を簡便な演算により求め得
る装置が提供されれば至極便利である。 【００１１】また、上記の第１従来技術では、衛星が３
個しか補足できないような測定場所では、仮想衛星を設
定して測定しているが、こうした仮想衛星の設定と演算
とを簡便に行えるとともに、上記の各演算により求めた
値を表示するととも上記の第３従来技術のような警報を
も行い得る装置が提供されれば、さらに便利である。 【００１２】そして、こうした装置の提供を可能にする
には、上記の各演算をどのように構成し、また、それに
より効果的な表示と警報とを行うにはどのように構成す
ればよいかという課題がある。 【００１３】 【課題を解決するための手段】この発明は、上記のよう
な４個または３個の衛星を捕捉して得られる受信データ
にもとづいて、ユーザ速度Ｖ、ユーザ方位角ＶＡＺなど
を算出して表示などを行うための演算処理部を設けたＧ
ＰＳ航法装置において、１つの衛星航法受信部の受信デ
ータから地心直交座標系での４元連立位置方程式にもと
づいて、各前記衛星の各衛星位置（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）
を得るとともに、各衛星位置（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）の今
回の値と前回の測定時刻または今回の測定時刻より△Ｔ
だけ以前の時刻での値との差分を、今回と前回との測定
時間間隔ＴＩまたは前記△Ｔで割って得た衛星速度（Ｘ
ｉｔ，Ｙｉｔ，Ｚｉｔ）を得て、さらに前記受信データ
から地心直交座標系での４元連立速度方程式にもとづい
て、ユーザ速度Ｖ、ユーザ方位角ＶＡＺ、ユーザ仰角Ｖ
ＥＬのうちの所要のものを算出する演算手段と、この算
出によって得られたユーザ速度Ｖ、ユーザ方位角ＶＡ
Ｚ、ユーザ仰角ＶＥＬのうちの所要のものを数値または
図形によって１つの表示部に表示する表示手段とを設け
る構成と、上記の算出において、４個の衛星の場合に
は、地心直交座標系での４元連立位置方程式と４元連立
速度方程式を用い、また、３個の衛星の場合には、地心
直交座標系での３元連立位置方程式と３元連立速度方程
式を用いるか、または、仮想衛星を地心に置いた地心直
交座標系での４元連立位置方程式と４元連立速度方程式
を用いる構成とにより、上記の課題を解決したものであ
る。 【００１４】 【実施例】以下、図面により実施例を説明する。本発明
のＧＰＳ航法装置の構成は、図４のように、衛星航法受
信部１、演算処理部２、表示部３などで構成されてい
る。演算処理部２には、ＣＰＵ２３と、プログラムメモ
リ（ＲＯＭ）と一時メモリ（ＲＡＭ）とを含むメモリ２
４と、演算処理された緯度ＬＴ、経度ＬＧ、高さ（Ｈ
Ｔ）、時計オフセット（Ｂ）、ユーザ速度Ｖ、ユーザ方
位角ＶＡＺ、ユーザ仰角ＶＥＬなどの数値を格納するデ
ータメモリ（ＲＡＭ）２５とを設けてある。ここで、Ｒ
ＡＭメモリの区分は、上記のメモリの単位で物理的に区
分する必要はない。さらに、演算処理部２には、初期値
設定などのための操作卓２０と衛星航法受信部１とから
の入力を受入れるための入力ポート２１と、演算処理の
結果を出力するための出力ポート２２とを設けてある。
演算処理部２は、衛星航法受信部１からの受信データを
得て、後記のような演算処理を行うことにより、次の受
信までの間に、ユーザ座標データおよびユーザ速度デー
タ、時計オフセットおよび時計オフセットレイトなどの
データを得て、データメモリ２５に格納する。そして、
次の受信データを処理する際に、データメモリ２５に格
納したデータを推定値として利用することにより、連続
的に、ユーザ位置を算出することができる。演算処理し
て得られた結果を、表示部３に、数値表示、または、図
３のようなグラフィカルな表示方法などにより表示す
る。つまり、１つの衛星航法受信部１のみからの受信デ
ータによって演算する構成と、演算処理して得られた結
果を１つの表示部３に表示する構成とが、上記の第２従
来技術・第３従来技術と異なっている。衛星航法受信部
１は、衛星との間の擬似レンジＰＤｉの測定値ＭＳＲｉ
と、擬似レンジレイトＰＤＲｉの測定値ＭＳＲＤｉとを
与えるほか、衛星位置の計算に必要な軌道パラメータな
どの情報データやユーザ時計からの時間情報などを演算
処理部２へ出力する。そして、演算処理部２における演
算処理は、主として、次の（ａ）〜（ｄ）の各演算にも
とづいて演算処理を行っている。 （ａ）衛星から得た軌道パラメータを使って、測定時刻
での衛星位置の地心直交座標値（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）を
算出し、更に前回の測定時刻または今回の測定時刻より
△Ｔだけ以前の時刻での衛星位置の座標値（ＸＰｉ，Ｙ
Ｐｉ，ＺＰｉ）を保存または算出して、両者の差分（Ｘ
ｉ−ＸＰｉ，Ｙ１−ＹＰｉ，Ｚｉ−ＺＰｉ）を求め、そ
れらを今回と前回の測定時間間隔ＴＩまたは△Ｔで割っ
て衛星速度（Ｘｉｔ，Ｙｉｔ，Ｚｉｔ）を求める演算
と、地心直交座標系での連立方程式（２）を解いて得た
ユーザ位置（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）および時計オフセット
（Ｂ）と、測定から得た擬似レンジＰＤｉの測定値ＭＳ
Ｒｉと、擬似レンジレイトＰＤＲｉの測定値ＭＳＰＤｉ
とによって４元連立速度方程式（上記の（４）式）を構
築し、それを解いて地心直交座標系でのユーザ速度（Ｕ
ｘｔ，Ｕｙｔ，Ｕｚｔ）と時計オフセットレイト
（Ｂｔ）を求める演算。 （ｂ）座標系を地心直交座標系から、ユーザ位置での天
頂をＺ軸、南北をＸ軸、東西をＹ軸とする地平直交座標
系へ変換することにより、ユーザ速度を地心直交座標系
でのユーザ速度（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）から地平直交座標
系でのユーザ速度（Ｖｘｔ，Ｖｙｔ，Ｖｚｔ）に変換し
て算出し、ユーザ速度Ｖと進行方向の方位角ＶＡＺと仰
角ＶＥＬを、 Ｖ＝√〔Ｖｘｔ）２＋（Ｖｙｔ）２＋（Ｖｚｔ）２〕 ＶＡＺ＝ＡＴＡＮ（−Ｖｙｔ／Ｖｘｔ） ＶＥＬ＝ＡＳＩＮ（Ｖｚｔ／Ｖ） によって求め、ＶＡＺ，ＶＥＬを度に換算し、度以下を
丸める演算。 （ｃ）衛星が３個しか捕捉できない場合には、ユーザの
高度（ＨＴ）と時計オフセットレイト（Ｂｔ）が測定時
刻の近傍では殆ど一定（そうなっていることが多い）と
仮定して、つまり、局所的には一定と仮定して、高度
（ＨＴ）に直前の測定値または推定値を当てることによ
り、連立位置方程式から地心直交座標系でのユーザ位置
（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）と時計オフセット（Ｂ）を求め、
時計オフセットレイト（Ｂｔ）には今回の時計オフセッ
ト（Ｂ）と前回の時計オフセット（Ｂ）の差分を測定時
間間隔ＴＩで割った値を当てることで、ユーザ速度（Ｕ
ｘｔ，Ｕｙｔ，Ｕｚｔ）に関する３元の連立速度方程式
を構築し、それを解いて地心直交座標系でのユーザ速度
（Ｕｘｔ，Ｕｙｔ，Ｕｚｔ）を求める演算。なお、この
演算による場合は、ユーザの高度ＨＴを一定と仮定して
演算しているので、仰角ＶＥＬは算出しても、実用に供
し得ないことは当然であり、説明を要しないことでであ
ろう。 （ｄ）４個目の衛星として、地心に仮想衛星を置き、仮
想衛星の位置（Ｘ４，Ｙ４，Ｚ４）と速度（Ｘ４ｔ，Ｙ
４ｔ，Ｚ４ｔ）とを全てゼロとし、擬似レンジレイトの
測定値ＭＳＰＤ４には、ユーザ位置（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕ
ｚ）と時計オフセット（Ｂ）と光速Ｃとにより仮の衛星
に対する擬似レンジＰＤ４を ＰＤ４＝√〔Ｖｘ２＋Ｕｙ２＋Ｕｚ２〕−Ｃ・Ｂ によって求めた今回の値と前回の値の差分を、今回と前
回の時間間隔ＴＩで割った値を、仮想衛星の測定値ＭＳ
ＲＤ４として加えた４元連立速度方程式を構築し、それ
を解いてそれを解いて地心直交座標系でのユーザ速度
（Ｕｘｔ，Ｕｙｔ，Ｕｚｔ）と時計オフセットレイト
（Ｂｔ）を求める演算。 そして、これらの演算により、地心直交座標系での連立
位置方程式からユーザ位置（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）と時計
オフセット（Ｂ）を求め、その値を使って同じ座標系で
の連立速度方程式を構築し、それを解いて同座標系での
ユーザ速度（Ｕｘｔ，Ｕｙｔ，Ｕｚｔ）を求めた後、座
標系を地心直交座標系からユーザ位置での地平直交座標
系に変換することにより、後者の座標系でのユーザ速度
（Ｖｘｔ，Ｖｙｔ，Ｖｚｔ）を得、それらを使って最終
的にユーザが必要とする地上でのユーザ速度Ｖ、ユーザ
方位角ＶＡＺおよびユーザ仰角ＶＥＬを算出して、これ
ら値を所要の表示などに用いることができるように構成
したものである。次に、各演算処理を図１・図２のフロ
ーチャートによって説明する。図１の（Ｐ０）〜（Ｐ
６）の部分は、その内容から分かるように、上記の第１
従来技術において述べた演算処理と同様の演算処理を行
うものであり、次のような演算処理を行うものである。 【００１５】（Ｐ０）では、捕捉衛星が４個以上得られ
る場合において、最適の擬似レンジＰＤｉが得られる４
個を捕捉するように選択する。 【００１６】（Ｐ１）では、（Ｐ０）での選択にもとづ
いて衛星座標Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ：ｉ＝１〜４を求め、擬
似レンジ測定値ＭＳＲｉ：ｉ＝１〜４を入力する。ここ
で、前者は各衛星の軌道パラメータデータとユーザ時計
を使って他のルーチンで算出したものであり、後者は受
信機、つまり、航法受信部１から得た値である。 【００１７】（Ｐ２）では、捕捉衛星が３個のときはｉ
＝４に対応する衛星として、地球中心に仮想衛星を置
き、推定位置からＭＳＲ４を算出する。つまり、地球中
心に置いた仮想衛星の擬似レンジをユーザ推定座標から
計算して求めた値を４つめの衛星に対する仮の擬似レン
ジ測定値ＭＳＲ４とする。 【００１８】（Ｐ３）では、ユーザ推定位置の緯度Ｌ
Ｔ，経度ＬＧ，高さＨＴ，時計オフセットＢから地心座
標系での４元連立方程式を構築し、この方程式を解いて
ユーザ位置（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）と時計オフセット
（Ｂ）の値の補正値を算出する。 【００１９】（Ｐ４）では、（Ｐ３）で得られた解、つ
まり、補正値によってユーザ推定位置の緯度ＬＴ，経度
ＬＧ，高さＨＴ，時計オフセット（Ｂ）を補正する。た
だし、捕捉衛星が３個のとき、つまり、（Ｐ２）を行っ
た場合には、高さＨＴは補正を行わない。 【００２０】（Ｐ５）では、（Ｐ４）で得られた解、つ
まり、補正後のユーザ推定位置の緯度ＬＴ，経度ＬＧ，
高さＨＴ，時計オフセット（Ｂ）から擬似レンジＰＤｉ
を算出する。 【００２１】（Ｐ６）では、以上までの演算による擬似
レンジＰＤｉと擬似レンジ測定値ＭＳＲｉとの絶対値差
ＡＢＳ（ＰＤｉ−ＭＳＲｉ）が微小差ＥＰＳ以内に入っ
ているか否かを検討し、微小差ＥＰＳ以内である場合に
は次の（Ｐ７）に移行し、微小差ＥＰＳ以内でない場合
には、元の（Ｐ２）に戻る。 【００２２】（Ｐ７）では、捕捉衛星の数が４個か３個
の場合には、それぞれ次の（Ｐ８）の左側か右側の枠で
囲まれた処理に移り、２個以下の場合には、速度は求ま
らないので、途中の計算を飛ばして終りに行く選択をす
る。 【００２３】（Ｐ８）では、（Ｐ２）で行ったと同じ衛
星座標Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ：ｉ＝１〜４またはｉ＝１〜３
の値を、衛星から送られてきた軌道パラメータによっ
て、測定時間Ｔより△Ｔ：１秒以下の小さい値だけ手前
の時間について算出し、 【００２４】 Ｘｉｔ←｛Ｘｉ（Ｔ）−Ｘｉ（Ｔ−ΔＴ）｝／ΔＴ Ｙｉｔ←｛Ｙｉ（Ｔ）−Ｙｉ（Ｔ−△Ｔ）｝／△Ｔ Ｚｉｔ←｛Ｚｉ（Ｔ）−Ｚｉ（Ｔ−△Ｔ）｝／△Ｔ によって衛星速度（Ｘｉｔ，Ｙｉｔ，Ｚｉｔ）を算出す
る。 【００２５】また、Ｔ−ΔＴに対してＸｉ，Ｙｉ，Ｚｉ
を改めて計算する代りに、前回の測定時間でのＸｉ，Ｙ
ｉ，ＺｉをＰＸｉ，ＰＹｉ，ＰＺｉと記憶させておき、
今回と前回の測定間隔ＴＩを使って、 【００２６】 Ｘｉｔ←｛Ｘｉ（Ｔ）−ＰＸｉ｝／ＴＩ Ｙｉｔ←｛Ｙｉ（Ｔ）−ＰＹｉ｝／ＴＩ Ｚｉｔ←｛Ｚｉ（Ｔ）−ＰＺｉ｝／ＴＩ と求める便法でもよい。擬似レンジレイトＰＤＲｉの測
定値ＭＳＲＤｉは測定値から読込む。 【００２７】次の（Ｐ９）では、前述した連立速度方程
式（４）式のＡ（Ｉ，１），Ａ（Ｉ，２），Ａ（Ｉ，
３），Ａ（Ｉ，４）とＤ（Ｉ）を、そこまでの処理によ
っ得た計算値および測定値によっ構築する。 【００２８】捕捉衛星が３個の場合は、時計オフセット
レイト（Ｂｔ）が局所的には一定と仮定して、連立速度
方程式を４元の（４）式から３元の次式（４）’式に変
更したものを構築する。 【００２９】 Ａ・Ｕｔ＝Ｄ ………（４）’ 但し、 【００３０】 【数２】【００３１】上式の中ではＭＳＲｉをＲｉで表してい
る。ここでの（Ｂｔ）は、連立位置方程式によって得た
今回の時計オフセット（Ｂ）と前回の時計オフセット
（ＢＰ）の差を今回と前回の測定時間間隔ＴＩで割った
｛Ｂ（Ｔ）−ＢＰ｝／ＴＩが当てられる。 【００３２】ここで構築した４元または３元の連立方程
式を次の（Ｐ１０）で解き、地心直交座標系でのユーザ
速度（Ｕｘｔ，Ｕｙｔ，Ｕｚｔ）と時計オフセットレイ
ト（Ｂｔ）を求める。 【００３３】次の（Ｐ１１）では、座標系をユーザ位置
（緯度ＬＴ，経度ＬＧ）での、天頂をＺ軸、南北方向を
Ｘ軸、東西方向をＹ軸とする地平直交座標に変換したと
きのユーザ速度（Ｖｘｔ，Ｖｙｔ，Ｖｚｔ）を（Ｕ
ｘｔ，Ｕｙｔ，Ｕｚｔ）と（ＬＴ，ＬＧ）から算出す
る。 【００３４】次の（Ｐ１２）では、地平直交座標系での
ユーザ速度（Ｖｘｔ，Ｖｙｔ，Ｖｚｔ）から次式によっ
てユーザ速度Ｖとユーザ方位角ＶＡＺとユーザ仰角ＶＥ
Ｌとを算出する。 【００３５】 Ｖ＝√〔Ｖｘｔ ２＋Ｖｙｔ ２＋Ｖｚｔ ２〕 ＶＡＺ＝ＡＴＡＮ（−Ｖｙｔ／Ｖｘｔ） ＶＥＬ＝ＡＳＩＮ（Ｖｚｔ／Ｖ） 【００３６】（Ｐ１３）では、ユーザ速度Ｖをメータ／
秒からキロメートル／時へ、ユーザ方位角ＶＡＺとユー
ザ仰角ＶＥＬとをラジアンから度に換算するが、その際
に、ユーザ速度Ｖは０．１ｋＭ／Ｈ以下、ユーザ方位角
ＶＡＺとユーザ仰角ＶＥＬとは１度以下を丸めて、余り
意味のない数値部分をカットする。次の（Ｐ１４）で
は、ユーザ速度Ｖが閾値ＶＭＸを越えると警告１を、ユ
ーザ仰角ＶＥＬが正の閾値ＶＥＬＭＸを越えると警告２
を、また、負の閾値ＶＥＬＭＮ以下になると警告３を発
生させる。閾値ＶＭＸ，ＶＥＬＭＸ，ＶＥＬＭＮの値
は、予め手動で設定するかまたは、速度や進行方向の変
化率（＝角速度）等の函数として算出した値に自動設定
する。 【００３７】（Ｐ１５）では、ユーザ速度Ｖ、ユーザ方
位角ＶＡＺ、ユーザ仰角ＶＥＬ、時計オフセットレイト
（Ｂｔ）を数値または図３に例示したような三次元的イ
メージのグラフィックスによる図形で表示する。図３の
場合、図から分かるように、上方と下方の図形では、ユ
ーザ速度Ｖとユーザ方位角ＶＡＺまたはユーザ仰角ＶＥ
Ｌを表示し、全体の図形では、ユーザ速度Ｖとユーザ方
位角ＶＡＺとユーザ仰角ＶＥＬとを表示していることに
なる。 【００３８】図２のフローチャートは、図１のＰ８，Ｐ
９，Ｐ１０の部分を置換えるもので、ここでの処理は、
次のように行う。 【００３９】（Ｐ８’）では、捕捉衛星が４個の場合に
は（Ｐ８）の処理と全く同じであるが、捕捉衛星が３個
の場合には、地心に置いた仮想衛星に対する位置方程式
を生かして４番目の速度方程式を作る。仮想衛生に関す
る擬似レンジレイト：ＭＳＲＤ４は測定値として得られ
ないので、擬似レンジ： 【００４０】 ＰＤ４＝√〔Ｕｘｔ ２＋Ｕｙｔ ２＋Ｕｚｔ ２〕−Ｃ・Ｂ の今回の値と前回の値ＰＤ４Ｐとの差を今回と前回の時
間間隔ＴＩで割った値：（ＰＤ４−ＰＤ４Ｐ）／ＴＩを
ＭＳＲＤ４に当てる。仮想衛星は地心に固定しているの
で、当然Ｘ４，Ｙ４，Ｚ４，Ｘ４ｔ，Ｙ４ｔ，Ｚ４ｔは
すべてゼロである。 【００４１】次の（Ｐ９’）、（Ｐ１０’）は第１図の
（Ｐ９）、（Ｐ１０）の左側の部分と全く同じである。
というのは、（Ｐ８’）の処理によって速度方程式を４
元に統一したので、その後は４元速度方程式を解く処理
だけでよいからである。 【００４２】けれども、捕捉衛星が３個の場合には、高
度（ＨＴ）の変化がないという条件で位置方程式を構築
してあるので、ユーザ仰角ＶＥＬは計算せずにゼロと置
くことになる。 【００４３】したがって、４個の衛星を捕捉して演算測
定する場合と、３個の衛星を捕捉するとともに１個の仮
想を衛星を設けることにより４個の衛星にして衛星測定
する場合には、上記のように各４元連立方程式によって
時計オフセットレイト（Ｂｔ）を求めることができる。 【００４４】一方、捕捉した３個の衛星のみで演算測定
する場合には、時計オフセットレイト（Ｂｔ）を演算で
求めることができないので、時計オフセット（Ｂ）の今
回の値と前回の値との差分を測定時間間隔ＴＩで割った
値を時計オフセットレイト（Ｂｔ）とする便法を用いる
ことにり、３元連立位置方程式によって、演算測定でき
るわけである。 【００４５】なお、上記の演算は、ユーザ速度Ｖとユー
ザ方位角ＶＡＺとユーザ仰角ＶＥＬとのうちで、所要の
ものについて演算を行えばよいことは、上記の第２従来
技術・第３従来技術から自明なことであり、また、上記
の表示は、ユーザ速度Ｖとユーザ方位角ＶＡＺとユーザ
仰角ＶＥＬとのうちで所要の２つ、または、３つを１つ
の表示部３に表示すればよいことも、図３の上方の図形
と下方の図形とから自明なことである。 【００４７】 【発明の効果】本発明によれば、以上のように、１つの
衛星航法受信部の受信データから地心直交座標系での４
元連立位置方程式にもとづいて、各衛星の各衛星位置
（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）を得るとともに、各衛星位置（Ｘ
ｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）の今回の値と前回の測定時刻または今
回の測定時刻より△Ｔだけ以前の時刻での値との差分
を、今回と前回との測定時間間隔ＴＩまたは△Ｔで割っ
て得た衛星速度（Ｘｉｔ，Ｙｉｔ，Ｚｉｔ）を得て、さ
らに前記受信データから地心直交座標系での４元連立速
度方程式にもとづいて演算することにより、また、捕捉
できる衛星の数に応じた地心直交座標系で連立速度方程
式にもとづいて演算することにより、ユーザ速度・ユー
ザ方位角・ユーザ仰角を簡便に演算でき、その演算値に
よって有用な表示を行えるとともに、演算値が所定値を
越えた旨の警告をも行い得るＧＰＳ航法装置を提供でき
るなどの特長がある。
速度の演算処理および表示に関するものである。なお、
使用文字の制限上から、この発明において、英文字に下
付文字ｔを添えて記した符号のものは、その符号の対象
となるものの値の時間に対する微分値を表し、また、数
式において、√で記した部分は、√の後に続く 〔〕内
にあるものを√することを表すものである。つまり、上
記の下付文字ｔを添えて記した符号の部分は、一般の速
度方程式などにおいて、符号の上に・を付して表してい
るものと同一の意昧を表していることになるものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】ＧＰＳ航法は、極軌道を運行する複数個
の衛星からの電波を利用して、ユーザが各衛星の位置お
よび自分と各衛星との擬似レンジと擬似レンジレイトを
求め、連続的にユーザの位置および速度と進行方向を演
算して求める航法である。そして、これらの求めた値
を、表示や制御値や警報などのうちの１つまたは複数の
もの（この発明において、「表示など」という）に用い
ている。なお、擬似レンジは、衛星とユーザとの間の見
かけの距離、つまり、真の距離と補正すべき距離とを含
んだ距離であり、補正すべき距離は、主として、時計オ
フセットにもとづくものなので、ここでは、「距離＋
（光速×時計オフセット）」として、以下の演算を行っ
ている。また、擬似レンジの単位時間当たりの変化率が
擬似レンジレイトであり、衛星側の時計とユーザ側の時
計との間の「時間ずれ」が時計オフセットであって、時
計オフセットの単位時間当たり変化率が時計オフセット
レイトである。 【０００３】いま、座標系として、地球中心・地球固定
のデカルト座標系（この発明において、地心直交座標系
という）をとり、ユーザ座標をＵｘ，Ｕｙ，Ｕｚ、衛星
座標をＸｉ，Ｙｉ，Ｚｉ（１≦ｉ≧ｎ）とする。電波を
利用して測定される各衛星との擬似レンジＰＤｉ（距離
＋Ｃ・時計オフセットＢ）と座標の間には、次式の関係
がある。 【０００４】 （Ｘｉ−Ｕｘ）２＋（Ｙｉ−Ｕｙ）２＋（Ｚｉ−Ｕｚ）２ ＝（ＰＤｉ＋Ｃ・Ｂ）２ ……（１） ここで、Ｃは光速度、Ｂは時計オフセットである。ＰＤ
ｉの実測値をＭＳＲｉとして表わせば、４個の衛星を捕
捉した場合には、一般に次の連立位置方程式が得られ
る。 【０００５】 （ＭＳＲ１＋Ｃ・Ｂ）２ ＝（Ｘ１−Ｕｘ）２＋（Ｙ１−Ｕｙ）２＋（Ｚ１−Ｕｚ）２ （ＭＳＲ２＋Ｃ・Ｂ）２ ＝（Ｘ２−Ｕｘ）２＋（Ｙ２−Ｕｙ）２＋（Ｚ２−Ｕｚ）２ （ＭＳＲ３＋Ｃ・Ｂ）２ ＝（Ｘ３−Ｕｘ）２＋（Ｙ３−Ｕｙ）２＋（Ｚ３−Ｕｚ）２ （ＭＳＲ４＋Ｃ・Ｂ）２ ＝（Ｘ４−Ｕｘ）２＋（Ｙ４−Ｕｙ）２＋（Ｚ４−Ｕｚ）２ ……（２） （２）式の両辺を時間に就いて微分すれば、ｉ＝１，
２，３，４に対して次式を得る。 【０００６】 （ＭＳＲｉ＋Ｃ・Ｂ）・ＭＳＲＤｉ＝（Ｘｉ−Ｕｘ）・（Ｘｉｔ−Ｕｘｔ） ＋（Ｙｉ−Ｕｙ）・（Ｙｉｔ−Ｕｙｔ） ＋（Ｚｉ−Ｕｚ）・（Ｚｉｔ−Ｕｚｔ） ……（３） ここで、ＭＳＲＤｉはＭＳＲｉの時間に関する微分値で
あるが、これも測定から求まる。（３）式で、Ｕｘｔ，
Ｕｙｔ，Ｕｚｔ，Ｂｔは変数、他はすべて既知（方程式
（２）式を解いて得られるものもある）の係数と見做し
て同式を書直せば、次の連立速度方程式が得られる。 【０００７】 Ａ・Ｕｔ＝Ｄ ……（４） 但し、 【０００８】 【数１】 【０００９】ＧＰＳ航法では、（２）式に示した連立位
置方程式を解いてＵｘ，Ｕｙ，Ｕｚ，Ｂを求め、それら
の値を使って（３）式に示した連立速度方程式を構築
し、それを解いてＵｘｔ，Ｕｙｔ，Ｕｚｔ，Ｂｔを求め
る。上式の中ではＭＳＲｉをＲｉで表している。なお、
補足衛星が３個以下の場合においては、足りない個数の
衛星として仮想衛星を用いるのが有効であり、こうした
仮想衛星を用いる方法などについては、本願出願人によ
る特願昭６１−２８０６４７（特開昭６３−１３４９７
５）「ＧＰＳ航法演算処理方法、並びにその方法を用い
たＧＰＳ航法演算処理装置」（以下、第１従来技術とい
う）により開示してある。また、船舶上の異なる位置に
複数のＧＰＳの受信部、つまり、複数の衛星航法受信部
を配置しておき、各衛星航法受信部から得られる受信デ
ータにもとづいて、船舶の速度、ピッチ角度、方位角
度、ロール角度などを演算するＧＰＳジャイロの構成
（以下、第２従来技術という）が特公昭５９−２８７０
・特開昭６０−２４４８７８などにより開示されてい
る。さらに、航空機のピッチ角度、対地高度、下降率な
どが可変可能な所定の条件値になっている場合に警報を
発生する構成（以下、第３従来技術という）が特開昭６
０−８１９７などにより開示されている。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】上記の第２従来技術で
は、複数の衛星航法受信部を必要とするため、装置が複
雑化して高価にならざる得ないので、地上を走行する車
両や船舶等がユーザの場合には、上記の第１従来技術に
おけるＧＰＳ航法装置のみによって、ユーザの進行方向
における速度Ｖ、方位角ＶＡＺおよび仰角ＶＥＬ（この
発明において、ユーザ速度Ｖ、ユーザ方位角ＶＡＺおよ
びユーザ仰角ＶＥＬという）を簡便な演算により求め得
る装置が提供されれば至極便利である。 【００１１】また、上記の第１従来技術では、衛星が３
個しか補足できないような測定場所では、仮想衛星を設
定して測定しているが、こうした仮想衛星の設定と演算
とを簡便に行えるとともに、上記の各演算により求めた
値を表示するととも上記の第３従来技術のような警報を
も行い得る装置が提供されれば、さらに便利である。 【００１２】そして、こうした装置の提供を可能にする
には、上記の各演算をどのように構成し、また、それに
より効果的な表示と警報とを行うにはどのように構成す
ればよいかという課題がある。 【００１３】 【課題を解決するための手段】この発明は、上記のよう
な４個または３個の衛星を捕捉して得られる受信データ
にもとづいて、ユーザ速度Ｖ、ユーザ方位角ＶＡＺなど
を算出して表示などを行うための演算処理部を設けたＧ
ＰＳ航法装置において、１つの衛星航法受信部の受信デ
ータから地心直交座標系での４元連立位置方程式にもと
づいて、各前記衛星の各衛星位置（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）
を得るとともに、各衛星位置（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）の今
回の値と前回の測定時刻または今回の測定時刻より△Ｔ
だけ以前の時刻での値との差分を、今回と前回との測定
時間間隔ＴＩまたは前記△Ｔで割って得た衛星速度（Ｘ
ｉｔ，Ｙｉｔ，Ｚｉｔ）を得て、さらに前記受信データ
から地心直交座標系での４元連立速度方程式にもとづい
て、ユーザ速度Ｖ、ユーザ方位角ＶＡＺ、ユーザ仰角Ｖ
ＥＬのうちの所要のものを算出する演算手段と、この算
出によって得られたユーザ速度Ｖ、ユーザ方位角ＶＡ
Ｚ、ユーザ仰角ＶＥＬのうちの所要のものを数値または
図形によって１つの表示部に表示する表示手段とを設け
る構成と、上記の算出において、４個の衛星の場合に
は、地心直交座標系での４元連立位置方程式と４元連立
速度方程式を用い、また、３個の衛星の場合には、地心
直交座標系での３元連立位置方程式と３元連立速度方程
式を用いるか、または、仮想衛星を地心に置いた地心直
交座標系での４元連立位置方程式と４元連立速度方程式
を用いる構成とにより、上記の課題を解決したものであ
る。 【００１４】 【実施例】以下、図面により実施例を説明する。本発明
のＧＰＳ航法装置の構成は、図４のように、衛星航法受
信部１、演算処理部２、表示部３などで構成されてい
る。演算処理部２には、ＣＰＵ２３と、プログラムメモ
リ（ＲＯＭ）と一時メモリ（ＲＡＭ）とを含むメモリ２
４と、演算処理された緯度ＬＴ、経度ＬＧ、高さ（Ｈ
Ｔ）、時計オフセット（Ｂ）、ユーザ速度Ｖ、ユーザ方
位角ＶＡＺ、ユーザ仰角ＶＥＬなどの数値を格納するデ
ータメモリ（ＲＡＭ）２５とを設けてある。ここで、Ｒ
ＡＭメモリの区分は、上記のメモリの単位で物理的に区
分する必要はない。さらに、演算処理部２には、初期値
設定などのための操作卓２０と衛星航法受信部１とから
の入力を受入れるための入力ポート２１と、演算処理の
結果を出力するための出力ポート２２とを設けてある。
演算処理部２は、衛星航法受信部１からの受信データを
得て、後記のような演算処理を行うことにより、次の受
信までの間に、ユーザ座標データおよびユーザ速度デー
タ、時計オフセットおよび時計オフセットレイトなどの
データを得て、データメモリ２５に格納する。そして、
次の受信データを処理する際に、データメモリ２５に格
納したデータを推定値として利用することにより、連続
的に、ユーザ位置を算出することができる。演算処理し
て得られた結果を、表示部３に、数値表示、または、図
３のようなグラフィカルな表示方法などにより表示す
る。つまり、１つの衛星航法受信部１のみからの受信デ
ータによって演算する構成と、演算処理して得られた結
果を１つの表示部３に表示する構成とが、上記の第２従
来技術・第３従来技術と異なっている。衛星航法受信部
１は、衛星との間の擬似レンジＰＤｉの測定値ＭＳＲｉ
と、擬似レンジレイトＰＤＲｉの測定値ＭＳＲＤｉとを
与えるほか、衛星位置の計算に必要な軌道パラメータな
どの情報データやユーザ時計からの時間情報などを演算
処理部２へ出力する。そして、演算処理部２における演
算処理は、主として、次の（ａ）〜（ｄ）の各演算にも
とづいて演算処理を行っている。 （ａ）衛星から得た軌道パラメータを使って、測定時刻
での衛星位置の地心直交座標値（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）を
算出し、更に前回の測定時刻または今回の測定時刻より
△Ｔだけ以前の時刻での衛星位置の座標値（ＸＰｉ，Ｙ
Ｐｉ，ＺＰｉ）を保存または算出して、両者の差分（Ｘ
ｉ−ＸＰｉ，Ｙ１−ＹＰｉ，Ｚｉ−ＺＰｉ）を求め、そ
れらを今回と前回の測定時間間隔ＴＩまたは△Ｔで割っ
て衛星速度（Ｘｉｔ，Ｙｉｔ，Ｚｉｔ）を求める演算
と、地心直交座標系での連立方程式（２）を解いて得た
ユーザ位置（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）および時計オフセット
（Ｂ）と、測定から得た擬似レンジＰＤｉの測定値ＭＳ
Ｒｉと、擬似レンジレイトＰＤＲｉの測定値ＭＳＰＤｉ
とによって４元連立速度方程式（上記の（４）式）を構
築し、それを解いて地心直交座標系でのユーザ速度（Ｕ
ｘｔ，Ｕｙｔ，Ｕｚｔ）と時計オフセットレイト
（Ｂｔ）を求める演算。 （ｂ）座標系を地心直交座標系から、ユーザ位置での天
頂をＺ軸、南北をＸ軸、東西をＹ軸とする地平直交座標
系へ変換することにより、ユーザ速度を地心直交座標系
でのユーザ速度（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）から地平直交座標
系でのユーザ速度（Ｖｘｔ，Ｖｙｔ，Ｖｚｔ）に変換し
て算出し、ユーザ速度Ｖと進行方向の方位角ＶＡＺと仰
角ＶＥＬを、 Ｖ＝√〔Ｖｘｔ）２＋（Ｖｙｔ）２＋（Ｖｚｔ）２〕 ＶＡＺ＝ＡＴＡＮ（−Ｖｙｔ／Ｖｘｔ） ＶＥＬ＝ＡＳＩＮ（Ｖｚｔ／Ｖ） によって求め、ＶＡＺ，ＶＥＬを度に換算し、度以下を
丸める演算。 （ｃ）衛星が３個しか捕捉できない場合には、ユーザの
高度（ＨＴ）と時計オフセットレイト（Ｂｔ）が測定時
刻の近傍では殆ど一定（そうなっていることが多い）と
仮定して、つまり、局所的には一定と仮定して、高度
（ＨＴ）に直前の測定値または推定値を当てることによ
り、連立位置方程式から地心直交座標系でのユーザ位置
（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）と時計オフセット（Ｂ）を求め、
時計オフセットレイト（Ｂｔ）には今回の時計オフセッ
ト（Ｂ）と前回の時計オフセット（Ｂ）の差分を測定時
間間隔ＴＩで割った値を当てることで、ユーザ速度（Ｕ
ｘｔ，Ｕｙｔ，Ｕｚｔ）に関する３元の連立速度方程式
を構築し、それを解いて地心直交座標系でのユーザ速度
（Ｕｘｔ，Ｕｙｔ，Ｕｚｔ）を求める演算。なお、この
演算による場合は、ユーザの高度ＨＴを一定と仮定して
演算しているので、仰角ＶＥＬは算出しても、実用に供
し得ないことは当然であり、説明を要しないことでであ
ろう。 （ｄ）４個目の衛星として、地心に仮想衛星を置き、仮
想衛星の位置（Ｘ４，Ｙ４，Ｚ４）と速度（Ｘ４ｔ，Ｙ
４ｔ，Ｚ４ｔ）とを全てゼロとし、擬似レンジレイトの
測定値ＭＳＰＤ４には、ユーザ位置（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕ
ｚ）と時計オフセット（Ｂ）と光速Ｃとにより仮の衛星
に対する擬似レンジＰＤ４を ＰＤ４＝√〔Ｖｘ２＋Ｕｙ２＋Ｕｚ２〕−Ｃ・Ｂ によって求めた今回の値と前回の値の差分を、今回と前
回の時間間隔ＴＩで割った値を、仮想衛星の測定値ＭＳ
ＲＤ４として加えた４元連立速度方程式を構築し、それ
を解いてそれを解いて地心直交座標系でのユーザ速度
（Ｕｘｔ，Ｕｙｔ，Ｕｚｔ）と時計オフセットレイト
（Ｂｔ）を求める演算。 そして、これらの演算により、地心直交座標系での連立
位置方程式からユーザ位置（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）と時計
オフセット（Ｂ）を求め、その値を使って同じ座標系で
の連立速度方程式を構築し、それを解いて同座標系での
ユーザ速度（Ｕｘｔ，Ｕｙｔ，Ｕｚｔ）を求めた後、座
標系を地心直交座標系からユーザ位置での地平直交座標
系に変換することにより、後者の座標系でのユーザ速度
（Ｖｘｔ，Ｖｙｔ，Ｖｚｔ）を得、それらを使って最終
的にユーザが必要とする地上でのユーザ速度Ｖ、ユーザ
方位角ＶＡＺおよびユーザ仰角ＶＥＬを算出して、これ
ら値を所要の表示などに用いることができるように構成
したものである。次に、各演算処理を図１・図２のフロ
ーチャートによって説明する。図１の（Ｐ０）〜（Ｐ
６）の部分は、その内容から分かるように、上記の第１
従来技術において述べた演算処理と同様の演算処理を行
うものであり、次のような演算処理を行うものである。 【００１５】（Ｐ０）では、捕捉衛星が４個以上得られ
る場合において、最適の擬似レンジＰＤｉが得られる４
個を捕捉するように選択する。 【００１６】（Ｐ１）では、（Ｐ０）での選択にもとづ
いて衛星座標Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ：ｉ＝１〜４を求め、擬
似レンジ測定値ＭＳＲｉ：ｉ＝１〜４を入力する。ここ
で、前者は各衛星の軌道パラメータデータとユーザ時計
を使って他のルーチンで算出したものであり、後者は受
信機、つまり、航法受信部１から得た値である。 【００１７】（Ｐ２）では、捕捉衛星が３個のときはｉ
＝４に対応する衛星として、地球中心に仮想衛星を置
き、推定位置からＭＳＲ４を算出する。つまり、地球中
心に置いた仮想衛星の擬似レンジをユーザ推定座標から
計算して求めた値を４つめの衛星に対する仮の擬似レン
ジ測定値ＭＳＲ４とする。 【００１８】（Ｐ３）では、ユーザ推定位置の緯度Ｌ
Ｔ，経度ＬＧ，高さＨＴ，時計オフセットＢから地心座
標系での４元連立方程式を構築し、この方程式を解いて
ユーザ位置（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）と時計オフセット
（Ｂ）の値の補正値を算出する。 【００１９】（Ｐ４）では、（Ｐ３）で得られた解、つ
まり、補正値によってユーザ推定位置の緯度ＬＴ，経度
ＬＧ，高さＨＴ，時計オフセット（Ｂ）を補正する。た
だし、捕捉衛星が３個のとき、つまり、（Ｐ２）を行っ
た場合には、高さＨＴは補正を行わない。 【００２０】（Ｐ５）では、（Ｐ４）で得られた解、つ
まり、補正後のユーザ推定位置の緯度ＬＴ，経度ＬＧ，
高さＨＴ，時計オフセット（Ｂ）から擬似レンジＰＤｉ
を算出する。 【００２１】（Ｐ６）では、以上までの演算による擬似
レンジＰＤｉと擬似レンジ測定値ＭＳＲｉとの絶対値差
ＡＢＳ（ＰＤｉ−ＭＳＲｉ）が微小差ＥＰＳ以内に入っ
ているか否かを検討し、微小差ＥＰＳ以内である場合に
は次の（Ｐ７）に移行し、微小差ＥＰＳ以内でない場合
には、元の（Ｐ２）に戻る。 【００２２】（Ｐ７）では、捕捉衛星の数が４個か３個
の場合には、それぞれ次の（Ｐ８）の左側か右側の枠で
囲まれた処理に移り、２個以下の場合には、速度は求ま
らないので、途中の計算を飛ばして終りに行く選択をす
る。 【００２３】（Ｐ８）では、（Ｐ２）で行ったと同じ衛
星座標Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ：ｉ＝１〜４またはｉ＝１〜３
の値を、衛星から送られてきた軌道パラメータによっ
て、測定時間Ｔより△Ｔ：１秒以下の小さい値だけ手前
の時間について算出し、 【００２４】 Ｘｉｔ←｛Ｘｉ（Ｔ）−Ｘｉ（Ｔ−ΔＴ）｝／ΔＴ Ｙｉｔ←｛Ｙｉ（Ｔ）−Ｙｉ（Ｔ−△Ｔ）｝／△Ｔ Ｚｉｔ←｛Ｚｉ（Ｔ）−Ｚｉ（Ｔ−△Ｔ）｝／△Ｔ によって衛星速度（Ｘｉｔ，Ｙｉｔ，Ｚｉｔ）を算出す
る。 【００２５】また、Ｔ−ΔＴに対してＸｉ，Ｙｉ，Ｚｉ
を改めて計算する代りに、前回の測定時間でのＸｉ，Ｙ
ｉ，ＺｉをＰＸｉ，ＰＹｉ，ＰＺｉと記憶させておき、
今回と前回の測定間隔ＴＩを使って、 【００２６】 Ｘｉｔ←｛Ｘｉ（Ｔ）−ＰＸｉ｝／ＴＩ Ｙｉｔ←｛Ｙｉ（Ｔ）−ＰＹｉ｝／ＴＩ Ｚｉｔ←｛Ｚｉ（Ｔ）−ＰＺｉ｝／ＴＩ と求める便法でもよい。擬似レンジレイトＰＤＲｉの測
定値ＭＳＲＤｉは測定値から読込む。 【００２７】次の（Ｐ９）では、前述した連立速度方程
式（４）式のＡ（Ｉ，１），Ａ（Ｉ，２），Ａ（Ｉ，
３），Ａ（Ｉ，４）とＤ（Ｉ）を、そこまでの処理によ
っ得た計算値および測定値によっ構築する。 【００２８】捕捉衛星が３個の場合は、時計オフセット
レイト（Ｂｔ）が局所的には一定と仮定して、連立速度
方程式を４元の（４）式から３元の次式（４）’式に変
更したものを構築する。 【００２９】 Ａ・Ｕｔ＝Ｄ ………（４）’ 但し、 【００３０】 【数２】【００３１】上式の中ではＭＳＲｉをＲｉで表してい
る。ここでの（Ｂｔ）は、連立位置方程式によって得た
今回の時計オフセット（Ｂ）と前回の時計オフセット
（ＢＰ）の差を今回と前回の測定時間間隔ＴＩで割った
｛Ｂ（Ｔ）−ＢＰ｝／ＴＩが当てられる。 【００３２】ここで構築した４元または３元の連立方程
式を次の（Ｐ１０）で解き、地心直交座標系でのユーザ
速度（Ｕｘｔ，Ｕｙｔ，Ｕｚｔ）と時計オフセットレイ
ト（Ｂｔ）を求める。 【００３３】次の（Ｐ１１）では、座標系をユーザ位置
（緯度ＬＴ，経度ＬＧ）での、天頂をＺ軸、南北方向を
Ｘ軸、東西方向をＹ軸とする地平直交座標に変換したと
きのユーザ速度（Ｖｘｔ，Ｖｙｔ，Ｖｚｔ）を（Ｕ
ｘｔ，Ｕｙｔ，Ｕｚｔ）と（ＬＴ，ＬＧ）から算出す
る。 【００３４】次の（Ｐ１２）では、地平直交座標系での
ユーザ速度（Ｖｘｔ，Ｖｙｔ，Ｖｚｔ）から次式によっ
てユーザ速度Ｖとユーザ方位角ＶＡＺとユーザ仰角ＶＥ
Ｌとを算出する。 【００３５】 Ｖ＝√〔Ｖｘｔ ２＋Ｖｙｔ ２＋Ｖｚｔ ２〕 ＶＡＺ＝ＡＴＡＮ（−Ｖｙｔ／Ｖｘｔ） ＶＥＬ＝ＡＳＩＮ（Ｖｚｔ／Ｖ） 【００３６】（Ｐ１３）では、ユーザ速度Ｖをメータ／
秒からキロメートル／時へ、ユーザ方位角ＶＡＺとユー
ザ仰角ＶＥＬとをラジアンから度に換算するが、その際
に、ユーザ速度Ｖは０．１ｋＭ／Ｈ以下、ユーザ方位角
ＶＡＺとユーザ仰角ＶＥＬとは１度以下を丸めて、余り
意味のない数値部分をカットする。次の（Ｐ１４）で
は、ユーザ速度Ｖが閾値ＶＭＸを越えると警告１を、ユ
ーザ仰角ＶＥＬが正の閾値ＶＥＬＭＸを越えると警告２
を、また、負の閾値ＶＥＬＭＮ以下になると警告３を発
生させる。閾値ＶＭＸ，ＶＥＬＭＸ，ＶＥＬＭＮの値
は、予め手動で設定するかまたは、速度や進行方向の変
化率（＝角速度）等の函数として算出した値に自動設定
する。 【００３７】（Ｐ１５）では、ユーザ速度Ｖ、ユーザ方
位角ＶＡＺ、ユーザ仰角ＶＥＬ、時計オフセットレイト
（Ｂｔ）を数値または図３に例示したような三次元的イ
メージのグラフィックスによる図形で表示する。図３の
場合、図から分かるように、上方と下方の図形では、ユ
ーザ速度Ｖとユーザ方位角ＶＡＺまたはユーザ仰角ＶＥ
Ｌを表示し、全体の図形では、ユーザ速度Ｖとユーザ方
位角ＶＡＺとユーザ仰角ＶＥＬとを表示していることに
なる。 【００３８】図２のフローチャートは、図１のＰ８，Ｐ
９，Ｐ１０の部分を置換えるもので、ここでの処理は、
次のように行う。 【００３９】（Ｐ８’）では、捕捉衛星が４個の場合に
は（Ｐ８）の処理と全く同じであるが、捕捉衛星が３個
の場合には、地心に置いた仮想衛星に対する位置方程式
を生かして４番目の速度方程式を作る。仮想衛生に関す
る擬似レンジレイト：ＭＳＲＤ４は測定値として得られ
ないので、擬似レンジ： 【００４０】 ＰＤ４＝√〔Ｕｘｔ ２＋Ｕｙｔ ２＋Ｕｚｔ ２〕−Ｃ・Ｂ の今回の値と前回の値ＰＤ４Ｐとの差を今回と前回の時
間間隔ＴＩで割った値：（ＰＤ４−ＰＤ４Ｐ）／ＴＩを
ＭＳＲＤ４に当てる。仮想衛星は地心に固定しているの
で、当然Ｘ４，Ｙ４，Ｚ４，Ｘ４ｔ，Ｙ４ｔ，Ｚ４ｔは
すべてゼロである。 【００４１】次の（Ｐ９’）、（Ｐ１０’）は第１図の
（Ｐ９）、（Ｐ１０）の左側の部分と全く同じである。
というのは、（Ｐ８’）の処理によって速度方程式を４
元に統一したので、その後は４元速度方程式を解く処理
だけでよいからである。 【００４２】けれども、捕捉衛星が３個の場合には、高
度（ＨＴ）の変化がないという条件で位置方程式を構築
してあるので、ユーザ仰角ＶＥＬは計算せずにゼロと置
くことになる。 【００４３】したがって、４個の衛星を捕捉して演算測
定する場合と、３個の衛星を捕捉するとともに１個の仮
想を衛星を設けることにより４個の衛星にして衛星測定
する場合には、上記のように各４元連立方程式によって
時計オフセットレイト（Ｂｔ）を求めることができる。 【００４４】一方、捕捉した３個の衛星のみで演算測定
する場合には、時計オフセットレイト（Ｂｔ）を演算で
求めることができないので、時計オフセット（Ｂ）の今
回の値と前回の値との差分を測定時間間隔ＴＩで割った
値を時計オフセットレイト（Ｂｔ）とする便法を用いる
ことにり、３元連立位置方程式によって、演算測定でき
るわけである。 【００４５】なお、上記の演算は、ユーザ速度Ｖとユー
ザ方位角ＶＡＺとユーザ仰角ＶＥＬとのうちで、所要の
ものについて演算を行えばよいことは、上記の第２従来
技術・第３従来技術から自明なことであり、また、上記
の表示は、ユーザ速度Ｖとユーザ方位角ＶＡＺとユーザ
仰角ＶＥＬとのうちで所要の２つ、または、３つを１つ
の表示部３に表示すればよいことも、図３の上方の図形
と下方の図形とから自明なことである。 【００４７】 【発明の効果】本発明によれば、以上のように、１つの
衛星航法受信部の受信データから地心直交座標系での４
元連立位置方程式にもとづいて、各衛星の各衛星位置
（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）を得るとともに、各衛星位置（Ｘ
ｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）の今回の値と前回の測定時刻または今
回の測定時刻より△Ｔだけ以前の時刻での値との差分
を、今回と前回との測定時間間隔ＴＩまたは△Ｔで割っ
て得た衛星速度（Ｘｉｔ，Ｙｉｔ，Ｚｉｔ）を得て、さ
らに前記受信データから地心直交座標系での４元連立速
度方程式にもとづいて演算することにより、また、捕捉
できる衛星の数に応じた地心直交座標系で連立速度方程
式にもとづいて演算することにより、ユーザ速度・ユー
ザ方位角・ユーザ仰角を簡便に演算でき、その演算値に
よって有用な表示を行えるとともに、演算値が所定値を
越えた旨の警告をも行い得るＧＰＳ航法装置を提供でき
るなどの特長がある。
【図面の簡単な説明】図面は実施例を示し、各図の内容
は次のとおりである。 【図１】演算処理のフローチャート 【図２】演算処理の変形部分のフローチャート 【図３】速度・方位角・仰角の三次元的な表示例 【図４】演算処理装置のブロック構成図 【符号の説明】 １ 衛星航法受信部 ２ 演算処理部 ３ 表示部 ２０ 操作卓 ２１ 入力ポート ２２ 出力ポート ２３ ＣＰＵ ２４ メモリ ２５ データメモリ
は次のとおりである。 【図１】演算処理のフローチャート 【図２】演算処理の変形部分のフローチャート 【図３】速度・方位角・仰角の三次元的な表示例 【図４】演算処理装置のブロック構成図 【符号の説明】 １ 衛星航法受信部 ２ 演算処理部 ３ 表示部 ２０ 操作卓 ２１ 入力ポート ２２ 出力ポート ２３ ＣＰＵ ２４ メモリ ２５ データメモリ
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭60−244878（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−8197（ＪＰ，Ａ)
特公 平８−27341（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
G01S 5/00 - 5/14
G01C 21/00 - 21/22
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．４個または３個の衛星を捕捉して得られる受信デー
タにもとづいて、ユーザ速度Ｖ、ユーザ方位角ＶＡＺな
どを算出して表示などを行うための演算処理部を設けた
ＧＰＳ航法装置であって、 ａ．１つの衛星航法受信部の前記受信データから地心直
交座標系での４元連立位置方程式にもとづいて、各前記
衛星の各衛星位置（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）を得るととも
に、各衛星位置（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）の今回の値と前回
の測定時刻または今回の測定時刻より△Ｔだけ以前の時
刻での値との差分を、今回と前回との測定時間間隔Ｔ１
または前記△Ｔで割って得た衛星速度（Ｘｉｔ，Ｙ
ｉｔ，Ｚｉｔ）を得て、さらに前記受信データから地心
直交座標系での４元連立速度方程式にもとづいて、前記
ユーザ速度Ｖ、前記ユーザ方位角ＶＡＺなどを算出する
演算手段と、 ｂ．前記算出により得られた前記ユーザ速度Ｖと前記ユ
ーザ方位角ＶＡＺとを数値または図形によって１つの表
示部に表示する表示手段とを具備することを特徴とする
ＧＰＳ航法装置。 ２．４個または３個の衛星を捕捉して得られる受信デー
タにもとづいて、ユーザ速度Ｖ、ユーザ方位角ＶＡＺ、
ユーザ仰角ＶＥＬなどを算出して表示などを行うための
演算処理部を設けたＧＰＳ航法装置であって、 ａ．１つの衛星航法受信部の前記受信データから地心直
交座標系での４元連立位置方程式にもとづいて、各前記
衛星の各衛星位置（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）を得るととも
に、各衛星位置（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）の今回の値と前回
の測定時刻または今回の測定時刻より△Ｔだけ以前の時
刻での値との差分を、今回と前回との測定時間間隔ＴＩ
または前記△Ｔで割って得た衛星速度（Ｘｉｔ，Ｙ
ｉｔ，Ｚｉｔ）を得て、さらに前記受信データから地心
直交座標系での４元連立速度方程式にもとづいて、前記
ユーザ速度Ｖ、前記ユーザ方位角ＶＡＺ、前記ユーザ仰
角ＶＥＬなどを算出する演算手段と、 ｂ．前記算出により得られた前記ユーザ速度Ｖと前記ユ
ーザ方位角ＶＡＺと前記ユーザ仰角ＶＥＬとのうちか
ら、前記ユーザ速度Ｖまたは前記ユーザ仰角ＶＥＬを含
む少なくとも２つ以上を数値または図形によって１つの
表示部に表示する表示手段とを具備することを特徴とす
るＧＰＳ航法装置。 ３．４個の衛星を抽捉して得られる各前記衛星の位置情
報と、各前記衛星との間の擬似レンジＰＤｉの測定値Ｍ
ＳＲｉと、擬似レンジレイトＰＤＲｉの測定値ＭＳＲＤ
ｉとにより、地心直交座標系での４元連立位置方程式と
４元連立速度方程式とにもとづいて、ユーザ速度Ｖ、ユ
ーザ方位角ＶＡＺなどを算出して表示などを行うための
演算処理部を設けたＧＰＳ航法装置であって、 ａ．前記４元連立位置方程式により求めたユーザ位置
（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）および時計オフセット（Ｂ）と、
各前記衛星から得た軌道パラメータによって算出した衛
星位置（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）の今回の値と前回の測定時
刻または今回の測定時刻より△Ｔだけ以前の時刻での値
との差分を、今回と前回の測定時間間隔ＴＩまたは前記
△Ｔで割って得た衛星速度（Ｘｉｔ，Ｙｉｔ，Ｚｉｔ）
と、前記擬似レンジレイトＰＤＲｉの測定値ＭＳＲＤｉ
とを用いて構築した前記４元連立速度方程式により、前
記地心直交座標系でのユーザ速度（Ｕｘｔ，Ｕｙｔ，Ｕ
ｚｔ）を算出する第１の演算手段と、 ｂ．前記地心直交座標系を、前記ユーザ位置（Ｕｘ，Ｕ
ｙ，Ｕｚ）に対応する緯度ＬＴ・経度ＬＧの天頂をＺ
軸、南北をＸ軸、東西をＹ軸とする地平直交座標系に変
換することにより、前記ユーザ速度（Ｕｘｔ，Ｕｙｔ，
Ｕｚｔ）から地平直交座標系でのユーザ速度（Ｖｘｔ，
Ｖｙｔ，Ｖｚｔ）を算出する第２の演算手段と、 ｃ．前記ユーザ速度（Ｖｘｔ，Ｖｙｔ，Ｖｚｔ）にもと
づいて、前記ユーザ速度Ｖおよび前記ユーザ方位角ＶＡ
Ｚを Ｖ＝√〔Ｖｘｔ ２＋Ｖｙｔ ２＋Ｖｚｔ ２〕 ＶＡＺ＝ＡＴＡＮ（−Ｖｙｔ／Ｖｘｔ） によって算出する第３の演算手段と、 ｄ．各前記算出により得られた前記ユーザ速度Ｖと前記
ユーザ方位角ＶＡＺとを数値または図形によって１つの
表示部に表示する表示手段とを具備することを特徴とす
るＧＰＳ航法装置。 ４．４個の衛星を捕捉して得られる各前記衛星の位置情
報と、各前記衛星との間の擬似レンジＰＤｉの測定値Ｍ
ＳＲｉと、擬似レンジレイトＰＤＲｉの測定値ＭＳＲＤ
ｉとにより、地心直交座標系での４元連立位置方程式と
４元連立速度方程式とにもとづいて、ユーザ速度Ｖ、ユ
ーザ方位角ＶＡＺ、ユーザ仰角ＶＥＬなどを算出して表
示などを行うための演算処理部を設けたＧＰＳ航法装置
であって、 ａ．前記４元連立位置方程式により求めたユーザ位置
（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）および時計オフセット（Ｂ）と、
各前記衛星から得た軌道パラメータによって算出した衛
星位置（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）の今回の値と前回の測定時
刻または今回の測定時刻よりΔＴだけ以前の時刻での値
との差分を、今回と前回の測定時間間隔ＴＩまたは前記
△Ｔで割って得た衛星速度（Ｘｉｔ，Ｙｉｔ，Ｚｉｔ）
と、前記擬似レンジレイトＰＤＲｉの測定値ＭＳＲＤｉ
とを用いて構築した前記４元連立速度方程式により、前
記地心直交座標系でのユーザ速度（Ｕｘｔ，Ｕｙｔ，Ｕ
ｚｔ）を算出する第１の演算手段と、 ｂ．前記地心直交座標系を、前記ユーザ位置（Ｕｘ，Ｕ
ｙ，Ｕｚ）に対応する緯度ＬＴ・経度ＬＧの天頂をＺ
軸、南北をＸ軸、東西をＹ軸とする地平直交座標系に変
換することにより、前記ユーザ速度（Ｕｘｔ，Ｕｙｔ，
Ｕｚｔ）から地平直交座標系でのユーザ速度（Ｖｘｔ，
Ｖｙｔ，Ｖｚｔ）を算出する第２の演算手段と、 ｃ．前記ユーザ速度（Ｖｘｔ，Ｖｙｔ，Ｖｚｔ）にもと
づいて、前記ユーザ速度Ｖ、前記ユーザ方位角ＶＡＺお
よび前記ユーザ仰角ＶＥＬを Ｖ＝√〔Ｖｘｔ ２＋Ｖｙｔ ２＋Ｖｚｔ ２〕 ＶＡＺ＝ＡＴＡＮ（−Ｖｙｔ／Ｖｘｔ） ＶＥＬ＝ＡＳＩＮ（Ｖｚｔ／Ｖ） によって算出する第３の演算手段と、 ｄ．各前記算出により得られた前記ユーザ速度Ｖと前記
ユーザ方位角ＶＡＺと前記ユーザ仰角ＶＥＬとのうちか
ら、前記ユーザ速度Ｖまたは前記ユーザ仰角ＶＥＬを含
む少なくとも２つ以上を数値または図形によって１つの
表示部に表示する表示手段とを具備することを特徴とす
るＧＰＳ航法装置。 ５．３個の衛星を捕捉して得られる各前記衛星の位置情
報と、各前記衛星との間の擬似レンジＰＤｉの測定値Ｍ
ＳＲｉと、擬似レンジレイトＰＤＲｉの測定値ＭＳＲＤ
ｉとにより、地心直交座標系での３元連立位置方程式と
３元連立速度方程式とにもとづいて、ユーザ速度Ｖ、ユ
ーザ方位角ＶＡＺなどを算出して表示などを行うための
演算処理部を設けたＧＰＳ航法装置であって、 ａ．ユーザの高度（ＨＴ）と時間オフセットレイト（Ｂ
ｔ）とが局所的には一定と仮定し、前記３元連立位置方
程式によりユーザ位置（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）と時計オフ
セット（Ｂ）を求めるとともに、前記時計オフセット
（Ｂ）の今回の値と前回の値との差分を測定時間間隔Ｔ
Ｉで割った値を時計オフセットレイト（Ｂｔ）として、
前記３元連立位置方程式により求めたユーザ位置（Ｕ
ｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）と、各前記衛星から得た軌道パラメー
タによって算出した衛星位置（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）の今
回の値と前回の測定時刻または今回の測定時刻より△Ｔ
だけ以前の時刻での値との差分を、今回と前回の測定時
間間隔ＴＩまたは前記ΔＴで割って得た衛星速度（Ｘｉ
ｔ，Ｙｉｔ，Ｚｉｔ）と、前記擬似レンジレイトＰＤＲ
ｉの測定値ＭＳＲＤｉとを用いて構築した前記３元連立
速度方程式を構築することにより前記地心直交座標系で
のユーザ速度（Ｕｘｔ，Ｕｙｔ，Ｕｚｔ）を算出する第
１の演算手段と、 ｂ．前記地心直交座標系を、前記ユーザ位置（Ｕｘ，Ｕ
ｙ，Ｕｚ）に対応する緯度ＬＴ・経度ＬＧの天頂をＺ
軸、南北をＸ軸、東西をＹ軸とする地平直交座標系に変
換することにより、前記ユーザ速度（Ｕｘｔ，Ｕｙｔ，
Ｕｚｔ）から地平直交座標系でのユーザ速度（Ｖｘｔ，
Ｖｙｔ，Ｖｚｔ）を算出する第２の演算手段と、 ｃ．前記ユーザ速度（Ｖｘｔ，Ｖｙｔ，Ｖｚｔ）にもと
づいて、前記ユーザ速度Ｖおよび前記ユーザ方位角度Ｖ
ＡＺを Ｖ＝√〔Ｖｘｔ ２＋Ｖｙｔ ２＋Ｖｚｔ ２〕 ＶＡＺ＝ＡＴＡＮ（−Ｖｙｔ／Ｖｘｔ） によって算出する第３の演算手段と、 ｄ．各前記算出によって得られた前記ユーザ速度Ｖと前
記ユーザ方位角ＶＡＺとを数値または図形によって１つ
の表示部に表示する表示手段とを具備することを特徴と
するＧＰＳ航法装置。 ６．ユーザが３個の衛星を捕捉するとともに、４個目の
仮の衛星を想定して、各前記衛星の位置情報と、各前記
衛星との間の擬似レンジＰＤｉの測定値ＭＳＲｉと、擬
似レンジレイトＰＤＲｉの測定値ＭＳＲＤｉとにより、
地心直交座標系での４元連立位置方程式と４元連立速度
方程式とにもとづいて、ユーザ速度Ｖ、ユーザ方位角Ｖ
ＡＺなどを算出して表示などを行うための演算処理部を
設けたＧＰＳ航法装置であって、 ａ．前記仮想衛星を地心に置くとともに、前記仮想衛星
による位置方程式を加えて前記４元連立位置方程式を構
築する方程式構築手段と、 ｂ．仮想衛星の位置（Ｘ４，Ｙ４，Ｚ４）をすべてゼロ
とすることによって前記４元連立位置方程式により求め
たユーザ位置（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）と時計オフセット
（Ｂ）と光速Ｃとにより、前記仮想衛星に対する前記擬
似レンジＰＤｉの値ＰＤ４を ＰＤ４＝√〔Ｖｘ２＋Ｕｙ２＋Ｕｚ２〕−Ｃ・Ｂ によって求めた今回の値と前回の値の差分を、今回と前
回の時間間隔ＴＩで割った値を、前記仮想衛星の前記擬
似レンジレイトＰＤＲｉの測定値ＭＳＲＤｉに相当する
測定値ＭＳＲＤ４とする仮想衛星演算手段と、 ｃ．前記ユーザ位置（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）および前記時
計オフセット（Ｂ）と、各前記衛星から得た軌道パラメ
ータによって算出した衛星位置（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）の
今回の値と前回の測定時刻または今回の測定時刻より△
Ｔだけ以前の時刻での値との差分を、今回と前回の測定
時間間隔ＴＩまたは前記ΔＴで割って得た衛星速度（Ｘ
ｉｔ，Ｙｉｔ，Ｚｉｔ）と、前記測定値ＭＳＲＤｉとを
用いて構築した前記仮想連立速度方程式より、前記地心
直交座標系でのユーザ速度（Ｕｘｔ，Ｕｙｔ，Ｕｚｔ）
を算出する第１の演算手段と、 ｄ．前記地心直交座標系を、前記ユーザ位置（Ｕｘ，Ｕ
ｙ，Ｕｚ）に対応する緯度ＬＴ・経度ＬＧの天頂をＺ
軸、南北をＸ軸、東西をＹ軸とする地平直交座標系に変
換することにより、前記ユーザ速度（Ｕｘｔ，Ｕｙｔ，
Ｕｚｔ）から地平直交座標系でのユーザ速度（Ｖｘｔ，
Ｖｙｔ，Ｖｚｔ）を算出する第２の演算手段と、 ｅ．前記ユーザ速度（Ｖｘｔ，Ｖｙｔ，Ｖｚｔ）にもと
づいて、前記ユーザ速度Ｖおよび前記ユーザ方位角ＶＡ
Ｚを Ｖ＝√〔Ｖｘｔ ２＋Ｖｙｔ ２＋Ｖｚｔ ２〕 ＶＡＺ＝ＡＴＡＮ（−Ｖｙｔ／Ｖｘｔ） によって算出する第３の演算手段と、 ｆ．各前記算出により得られた前記ユーザ速度Ｖと前記
ユーザ方位角ＶＡＺとを数値または図形によって１つの
表示部に表示する表示手段とを具備することを特徴とす
るＧＰＳ航法装置。 ７．ユーザが３個の衛星を捕捉するとともに、４個目の
仮の衛星を想定して、各前記衛星の位置情報と、各前記
衛星との間の擬似レンジＰＤｉの測定値ＭＳＲｉと、擬
似レンジレイトＰＤＲｉの測定値ＭＳＲＤｉとにより、
地心直交座標系での４元連立位置方程式と４元連立速度
方程式とにもとづいて、ユーザ速度Ｖ、ユーザ方位角Ｖ
ＡＺ、ユーザ仰角ＶＥＬなどを算出して表示などを行う
ための演算処理部を設けたＧＰＳ航法装置であって、 ａ．前記仮想衛星を地心に置くとともに、前記仮想衛星
による位置方程式を加えて前記４元連立位置方程式を構
築する方程式構築手段と、 ｂ．仮想衛星の位置（Ｘ４，Ｙ４，Ｚ４）をすべてゼロ
とすることによって前記４元連立位置方程式により求め
たユーザ位置（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）と時計オフセット
（Ｂ）と光速Ｃとにより、前記仮想衛星に対する前記擬
似レンジＰＤｉの値ＰＤ４を ＰＤ４＝√〔Ｖｘ２＋Ｕｙ２＋Ｕｚ２〕−Ｃ・Ｂ によって求めた今回の値と前回の値の差分を、今回と前
回の時間間隔ＴＩで割った値を、前記仮想衛星の前記擬
似レンジレイトＰＤＲｉの測定値ＭＳＲＤｉに相当する
測定値ＭＳＲＤ４とする仮想衛星演算手段と、 ｃ．前記ユーザ位置（Ｕｘ，Ｕｙ，Ｕｚ）および前記時
計オフセット（Ｂ）と、各前記衛星から得た軌道パラメ
ータによって算出した衛星位置（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）の
今回の値と前回の測定時刻または今回の測定時刻より△
Ｔだけ以前の時刻での値との差分を、今回と前回の測定
時間間隔ＴＩまたは前記△Ｔで割って得た衛星速度（Ｘ
ｉｔ，Ｙｉｔ，Ｚｉｔ）と、前記測定値ＭＳＲＤｉとを
用いて構築した前記仮想連立速度方程式より、前記地心
直交座標系でのユーザ速度（Ｕｘｔ，Ｕｙｔ，Ｕｚｔ）
を算出ずる第１の演算手段と、 ｄ．前記地心直交座標系を、前記ユーザ位置（Ｕｘ，Ｕ
ｙ，Ｕｚ）に対応する緯度ＬＴ・経度ＬＧの天頂をＺ
軸、南北をＸ軸、東西をＹ軸とする地平直交座標系に変
換することにより、前記ユーザ速度（Ｕｘｔ，Ｕｙｔ，
Ｕｚｔ）から地平直交座標系でのユーザ速度（Ｖｘｔ，
Ｖｙｔ，Ｖｚｔ）を算出する第２の演算手段と、 ｅ．前記ユーザ速度（Ｖｘｔ，Ｖｙｔ，Ｖｚｔ）にもと
づいて、前記ユーザ速度Ｖ、前記ユーザ方位角ＶＡＺお
よび前記ユーザ仰角ＶＥＬを Ｖ＝√〔Ｖｘｔ ２＋Ｖｙｔ ２＋Ｖｚｔ ２〕 ＶＡＺ＝ＡＴＡＮ（−Ｖｙｔ／Ｖｘｔ） ＶＥＬ＝ＡＳＩＮ（Ｖｚｔ／Ｖ） によって算出する第３の演算手段と、 ｄ．各前記算出により得られた前記ユーザ速度Ｖと前記
ユーザ方位角ＶＡＺと前記ユーザ仰角ＶＥＬとのうちか
ら、前記ユーザ速度Ｖまたは前記ユーザ仰角ＶＥＬを含
む少なくとも２つ以上を数値または図形によって１つの
表示部に表示する表示手段とを具備することを特徴とす
るＧＰＳ航法装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4143115A JP2963912B2 (ja) | 1992-04-18 | 1992-04-18 | Ｇｐｓ航法装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4143115A JP2963912B2 (ja) | 1992-04-18 | 1992-04-18 | Ｇｐｓ航法装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13968787A Division JPH0827341B2 (ja) | 1987-06-05 | 1987-06-05 | Ｇｐｓ航法装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0990015A JPH0990015A (ja) | 1997-04-04 |
| JP2963912B2 true JP2963912B2 (ja) | 1999-10-18 |
Family
ID=15331267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4143115A Expired - Fee Related JP2963912B2 (ja) | 1992-04-18 | 1992-04-18 | Ｇｐｓ航法装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2963912B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7978127B2 (en) | 2007-02-26 | 2011-07-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Mobile unit positioning device |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5700930B2 (ja) * | 2009-12-18 | 2015-04-15 | 三菱電機株式会社 | レーダ情報表示装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4769645A (en) * | 1983-06-10 | 1988-09-06 | Sundstrand Data Control, Inc. | Excessive pitch attitude warning system for rotary wing aircraft |
| JPS60244878A (ja) * | 1984-05-21 | 1985-12-04 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Ｇｐｓジヤイロ |
-
1992
- 1992-04-18 JP JP4143115A patent/JP2963912B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7978127B2 (en) | 2007-02-26 | 2011-07-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Mobile unit positioning device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0990015A (ja) | 1997-04-04 |
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