JP3505463B2 - 測位衛星標定装置及び方法 - Google Patents
測位衛星標定装置及び方法Info
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- JP3505463B2 JP3505463B2 JP2000081255A JP2000081255A JP3505463B2 JP 3505463 B2 JP3505463 B2 JP 3505463B2 JP 2000081255 A JP2000081255 A JP 2000081255A JP 2000081255 A JP2000081255 A JP 2000081255A JP 3505463 B2 JP3505463 B2 JP 3505463B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えばＧＰＳ
（Global Positioning System）衛星の状態を標定し、
放送暦の補正に必要な情報を得る測位衛星標定装置及び
方法に関する。
（Global Positioning System）衛星の状態を標定し、
放送暦の補正に必要な情報を得る測位衛星標定装置及び
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ＧＰＳ（Global Positioning S
ystem）衛星標定は、ＧＰＳ衛星の放送暦を補正するた
めの情報を得る技術で、航空機や船舶、自動車、鉄道等
におけるＧＰＳ航法に関する広域補強システムの構築、
あるいは、ＧＰＳ衛星を利用した低軌道衛星における精
密軌道決定システムの構築などに必要とされている。Ｇ
ＰＳ衛星標定技術は、これまでいくつかの方法が提案さ
れているものの、まだ実用化されていない。なお、提案
されたＧＰＳ衛星標定技術の１つに、フィルタによる状
態推定のアルゴリズムを利用する方法がある。
ystem）衛星標定は、ＧＰＳ衛星の放送暦を補正するた
めの情報を得る技術で、航空機や船舶、自動車、鉄道等
におけるＧＰＳ航法に関する広域補強システムの構築、
あるいは、ＧＰＳ衛星を利用した低軌道衛星における精
密軌道決定システムの構築などに必要とされている。Ｇ
ＰＳ衛星標定技術は、これまでいくつかの方法が提案さ
れているものの、まだ実用化されていない。なお、提案
されたＧＰＳ衛星標定技術の１つに、フィルタによる状
態推定のアルゴリズムを利用する方法がある。
【０００３】ところで、ＧＰＳ衛星標定を行なうシステ
ムでは、系の自由度が多いため、教科書的、標準的手法
に従った場合、状態推定を行なうための状態推定共分散
の計算量は膨大になる。なお、ＧＰＳ衛星標定システム
の自由度は、系のモデルの取り方にもよるが、２周波
（Ｌ１帯とＬ２帯）観測の場合に、ＧＰＳ衛星と地上局
間のアンビギュイティ（不確定）を含めると約３００に
なる。例えばＧＰＳ衛星標定の場合、２４個のＧＰＳ衛
星それぞれの位置、速度、衛星クロック誤差、及び使用
する各地上局それぞれの地上局クロック誤差、そして、
ＧＰＳ衛星と地上局との間のアンビギュイティの推定が
必要となる。このとき、フィルタを用いた状態推定の標
準的手法に従うと、共分散行列の計算は自由度に等しい
サイズの正方行列計算となり、計算量が膨大になる。
ムでは、系の自由度が多いため、教科書的、標準的手法
に従った場合、状態推定を行なうための状態推定共分散
の計算量は膨大になる。なお、ＧＰＳ衛星標定システム
の自由度は、系のモデルの取り方にもよるが、２周波
（Ｌ１帯とＬ２帯）観測の場合に、ＧＰＳ衛星と地上局
間のアンビギュイティ（不確定）を含めると約３００に
なる。例えばＧＰＳ衛星標定の場合、２４個のＧＰＳ衛
星それぞれの位置、速度、衛星クロック誤差、及び使用
する各地上局それぞれの地上局クロック誤差、そして、
ＧＰＳ衛星と地上局との間のアンビギュイティの推定が
必要となる。このとき、フィルタを用いた状態推定の標
準的手法に従うと、共分散行列の計算は自由度に等しい
サイズの正方行列計算となり、計算量が膨大になる。
【０００４】このため、実時間で処理するシステム構成
には適さないものとなる。
には適さないものとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来考え
られているＧＰＳ衛星標定システムでは、系の自由度が
多いため、教科書的、標準的手法に従った場合、状態推
定を行なうための状態推定共分散の計算量は膨大になる
という問題を有している。
られているＧＰＳ衛星標定システムでは、系の自由度が
多いため、教科書的、標準的手法に従った場合、状態推
定を行なうための状態推定共分散の計算量は膨大になる
という問題を有している。
【０００６】そこで、この発明の目的は、状態推定能力
を保持しつつ、状態推定に関する計算量を格段と減少さ
せ、実時間で処理するシステムを構築し得る測位衛星標
定装置及び方法を提供することにある。
を保持しつつ、状態推定に関する計算量を格段と減少さ
せ、実時間で処理するシステムを構築し得る測位衛星標
定装置及び方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明に係る測位衛星
標定装置は、測位衛星の状態を標定する測位衛星標定装
置において、複数の測位衛星から、当該測位衛星の位置
情報、速度情報、衛星クロック誤差情報を含む衛星信号
を受信する受信手段と、この受信手段で得られた測位衛
星全ての衛星信号から、測位衛星の位置情報、速度情
報、衛星クロック誤差情報を抽出する情報抽出手段と、
この情報抽出手段で得られた複数の測位衛星各々の位置
情報、速度情報、衛星クロック誤差情報に与えられる誤
差値の推定確率に最大を与える状態推定情報を算出する
状態推定情報算出手段と、この状態推定情報算出手段で
算出された状態推定情報の中から測位衛星間の状態推定
相関成分を棄却する相関成分棄却手段とを備えるように
したものである。さらに、相関成分棄却手段で状態推定
相関成分の棄却が行われた状態推定情報に基づいて、衛
星信号に与えられる誤差値を補正するための補正情報を
算出し、この算出された補正情報を外部に送出する補正
情報送信手段を備えてなることを特徴とする。
標定装置は、測位衛星の状態を標定する測位衛星標定装
置において、複数の測位衛星から、当該測位衛星の位置
情報、速度情報、衛星クロック誤差情報を含む衛星信号
を受信する受信手段と、この受信手段で得られた測位衛
星全ての衛星信号から、測位衛星の位置情報、速度情
報、衛星クロック誤差情報を抽出する情報抽出手段と、
この情報抽出手段で得られた複数の測位衛星各々の位置
情報、速度情報、衛星クロック誤差情報に与えられる誤
差値の推定確率に最大を与える状態推定情報を算出する
状態推定情報算出手段と、この状態推定情報算出手段で
算出された状態推定情報の中から測位衛星間の状態推定
相関成分を棄却する相関成分棄却手段とを備えるように
したものである。さらに、相関成分棄却手段で状態推定
相関成分の棄却が行われた状態推定情報に基づいて、衛
星信号に与えられる誤差値を補正するための補正情報を
算出し、この算出された補正情報を外部に送出する補正
情報送信手段を備えてなることを特徴とする。
【０００８】この構成によれば、複数の測位衛星からの
衛星信号が受信され、受信された測位衛星全ての衛星信
号からそれぞれの位置情報、速度情報、衛星クロック誤
差情報が抽出され、これら位置情報、速度情報、衛星ク
ロック誤差情報に与えられる誤差値の推定確率に最大を
与える状態推定情報が算出され、この状態推定情報の中
から測位衛星間の状態推定相関成分が棄却される。すな
わち、位置情報、速度情報、衛星クロック誤差情報に与
えられる誤差値が最も正確に検出される状態推定情報が
算出されるので、この状態推定情報の中から不要とされ
る測位衛星間の状態推定相関成分を棄却すれば、測位衛
星独自の状態推定情報のみが残ることになり、この情報
に基づいて、測位衛星用受信機のユーザに送出すべき補
正情報を作成すれば、位置計測システムとしては、測位
衛星用受信機のユーザに対してより正確な位置情報を提
供することが可能となる。
衛星信号が受信され、受信された測位衛星全ての衛星信
号からそれぞれの位置情報、速度情報、衛星クロック誤
差情報が抽出され、これら位置情報、速度情報、衛星ク
ロック誤差情報に与えられる誤差値の推定確率に最大を
与える状態推定情報が算出され、この状態推定情報の中
から測位衛星間の状態推定相関成分が棄却される。すな
わち、位置情報、速度情報、衛星クロック誤差情報に与
えられる誤差値が最も正確に検出される状態推定情報が
算出されるので、この状態推定情報の中から不要とされ
る測位衛星間の状態推定相関成分を棄却すれば、測位衛
星独自の状態推定情報のみが残ることになり、この情報
に基づいて、測位衛星用受信機のユーザに送出すべき補
正情報を作成すれば、位置計測システムとしては、測位
衛星用受信機のユーザに対してより正確な位置情報を提
供することが可能となる。
【０００９】このため、自装置が持つ状態推定能力を劣
化させることなく、測位衛星の状態推定に関する計算量
を格段と減少させることができ、これにより実時間で処
理するシステムを構築できる。
化させることなく、測位衛星の状態推定に関する計算量
を格段と減少させることができ、これにより実時間で処
理するシステムを構築できる。
【００１０】また、この発明は、測位衛星の状態を標定
する測位衛星標定装置において、予め決められた位置に
設置された複数の地上局により、複数の測位衛星から、
当該測位衛星の位置情報、速度情報、衛星クロック誤差
情報を含む衛星信号が受信されるとき、複数の地上局か
ら、測位衛星の位置情報、速度情報、衛星クロック誤差
情報及び地上局クロック誤差情報を含む地上局信号を受
信する受信手段と、この受信手段で得られた地上局全て
の地上局信号から、測位衛星の位置情報、速度情報、衛
星クロック誤差情報及び地上局クロック誤差情報を抽出
する情報抽出手段と、この情報抽出手段で得られた複数
の測位衛星各々の位置情報、速度情報、衛星クロック誤
差情報、及び複数の地上局各々の地上局クロック誤差情
報に与えられる誤差値の推定確率に最大を与える状態推
定情報を算出する状態推定情報算出手段と、この状態推
定情報算出手段で算出された状態推定情報の中から測位
衛星間及び地上局間の状態推定相関成分を棄却する相関
成分棄却手段とを備えたものである。また、状態推定情
報算出手段は、複数の測位衛星と複数の地上局との間の
不確定情報を算出する手段を有し、相関成分棄却手段
は、状態推定情報算出手段で算出された不確定情報の中
から、相違する測位衛星と地上局との間の不確定相関成
分を棄却する手段を有してなることを特徴とする。
する測位衛星標定装置において、予め決められた位置に
設置された複数の地上局により、複数の測位衛星から、
当該測位衛星の位置情報、速度情報、衛星クロック誤差
情報を含む衛星信号が受信されるとき、複数の地上局か
ら、測位衛星の位置情報、速度情報、衛星クロック誤差
情報及び地上局クロック誤差情報を含む地上局信号を受
信する受信手段と、この受信手段で得られた地上局全て
の地上局信号から、測位衛星の位置情報、速度情報、衛
星クロック誤差情報及び地上局クロック誤差情報を抽出
する情報抽出手段と、この情報抽出手段で得られた複数
の測位衛星各々の位置情報、速度情報、衛星クロック誤
差情報、及び複数の地上局各々の地上局クロック誤差情
報に与えられる誤差値の推定確率に最大を与える状態推
定情報を算出する状態推定情報算出手段と、この状態推
定情報算出手段で算出された状態推定情報の中から測位
衛星間及び地上局間の状態推定相関成分を棄却する相関
成分棄却手段とを備えたものである。また、状態推定情
報算出手段は、複数の測位衛星と複数の地上局との間の
不確定情報を算出する手段を有し、相関成分棄却手段
は、状態推定情報算出手段で算出された不確定情報の中
から、相違する測位衛星と地上局との間の不確定相関成
分を棄却する手段を有してなることを特徴とする。
【００１１】この構成によれば、差分航法を行なう場合
に、予め決められた位置に設置された複数の地上局から
送出される地上局クロック誤差情報が受信され、そし
て、これら地上局クロック誤差情報にそれぞれ与えられ
る誤差値の推定確率に最大を与える状態推定情報が算出
され、この状態推定情報の中から地上局間の状態推定相
関成分が棄却される。同時に、複数の測位衛星と複数の
地上局との間の不確定情報が算出され、この不確定情報
の中から相違する測位衛星と地上局との間の不確定相関
成分が棄却される。
に、予め決められた位置に設置された複数の地上局から
送出される地上局クロック誤差情報が受信され、そし
て、これら地上局クロック誤差情報にそれぞれ与えられ
る誤差値の推定確率に最大を与える状態推定情報が算出
され、この状態推定情報の中から地上局間の状態推定相
関成分が棄却される。同時に、複数の測位衛星と複数の
地上局との間の不確定情報が算出され、この不確定情報
の中から相違する測位衛星と地上局との間の不確定相関
成分が棄却される。
【００１２】このため、差分航法を行なう場合に、上記
測位衛星における状態推定情報と、地上局における状態
推定情報と、測位衛星と地上局との間の不確定情報とを
組み合わせて各情報に含まれる相関成分を棄却するよう
にすれば、自装置の状態推定能力を劣化させることな
く、測位衛星と地上局との状態推定に関する計算量を格
段と減少させることができ、高精度でかつ信頼性の高い
航法システムを実現できる。
測位衛星における状態推定情報と、地上局における状態
推定情報と、測位衛星と地上局との間の不確定情報とを
組み合わせて各情報に含まれる相関成分を棄却するよう
にすれば、自装置の状態推定能力を劣化させることな
く、測位衛星と地上局との状態推定に関する計算量を格
段と減少させることができ、高精度でかつ信頼性の高い
航法システムを実現できる。
【００１３】なお、状態推定情報算出手段は、複数の測
位衛星の状態推定情報と、複数の地上局の状態推定情報
と、複数の測位衛星と複数の地上局との間の不確定情報
との組み合わせとして共分散行列を算出しており、この
共分散行列の中から、測位衛星間相関項、地上局間相関
項及び測位衛星と地上局との間の不確定相関項を棄却す
るようにしている。すなわち、共分散行列において、各
測位衛星、各地上局、各測位衛星／地上局の組み合わせ
に関しての推定状態分布のみを状態推定に関する情報と
して採用し、他の情報を棄却することで、相関項を０と
置いた共分散行列が得られることになる。そこで、各部
分系に関する共分散にのみ着目して計算を実行すること
が可能になる。
位衛星の状態推定情報と、複数の地上局の状態推定情報
と、複数の測位衛星と複数の地上局との間の不確定情報
との組み合わせとして共分散行列を算出しており、この
共分散行列の中から、測位衛星間相関項、地上局間相関
項及び測位衛星と地上局との間の不確定相関項を棄却す
るようにしている。すなわち、共分散行列において、各
測位衛星、各地上局、各測位衛星／地上局の組み合わせ
に関しての推定状態分布のみを状態推定に関する情報と
して採用し、他の情報を棄却することで、相関項を０と
置いた共分散行列が得られることになる。そこで、各部
分系に関する共分散にのみ着目して計算を実行すること
が可能になる。
【００１４】このため、相関項の棄却を原理として共分
散行列を直和形式に還元することにより、計算量の大幅
な削減が可能となる。従って、観測データが得られた際
に、状態推定更新に関しては、その観測データに直接関
与する状態変数のみの更新を考えれば良くなる。
散行列を直和形式に還元することにより、計算量の大幅
な削減が可能となる。従って、観測データが得られた際
に、状態推定更新に関しては、その観測データに直接関
与する状態変数のみの更新を考えれば良くなる。
【００１５】また、複数の測位衛星と複数の地上局との
間の不確定情報は、測位衛星から送出される衛星信号に
多重された互いに異なる第１及び第２の周波数信号を用
いて推定されることになる。
間の不確定情報は、測位衛星から送出される衛星信号に
多重された互いに異なる第１及び第２の周波数信号を用
いて推定されることになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
て図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】図１は、この発明に係わる測位衛星標定装
置が適用されるシステムの一実施形態を示すブロック構
成図である。なお、図中符号Ｍはこの発明に係る測位衛
星標定装置として使用されるマスター局である。
置が適用されるシステムの一実施形態を示すブロック構
成図である。なお、図中符号Ｍはこの発明に係る測位衛
星標定装置として使用されるマスター局である。
【００１８】図中符号Ｇ１〜Ｇ２４は例えば２４個のＧ
ＰＳ衛星で、それぞ疑似距離データや搬送波位相データ
などを計測できる航法メッセージを送信している。ま
た、符号Ｓ１〜Ｓ４は自己の位置が既知の４個の地上局
である。地上局Ｓ１〜Ｓ４は、各ＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２
４から送られる航法メッセージを受信し、各ＧＰＳ衛星
Ｇ１〜Ｇ２４それぞれの疑似距離データや搬送波位相デ
ータ等を計測している。また、各地上局Ｓ１〜Ｓ４は、
疑似距離データや搬送波位相データ等を計測すると、こ
れらの計測データをマスター局Ｍに送っている。
ＰＳ衛星で、それぞ疑似距離データや搬送波位相データ
などを計測できる航法メッセージを送信している。ま
た、符号Ｓ１〜Ｓ４は自己の位置が既知の４個の地上局
である。地上局Ｓ１〜Ｓ４は、各ＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２
４から送られる航法メッセージを受信し、各ＧＰＳ衛星
Ｇ１〜Ｇ２４それぞれの疑似距離データや搬送波位相デ
ータ等を計測している。また、各地上局Ｓ１〜Ｓ４は、
疑似距離データや搬送波位相データ等を計測すると、こ
れらの計測データをマスター局Ｍに送っている。
【００１９】マスター局Ｍは、地上局Ｓ１〜Ｓ４から送
られる観測データを基に、各ＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４の
状態、即ち、位置、速度、クロック誤差（時刻オフセッ
ト，ドリフトレート）、各地上局Ｓ１〜Ｓ４の状態、即
ち、クロック誤差（時刻オフセット，ドリフトレー
ト）、及び各ＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４と各地上局Ｓ１〜
Ｓ４との間のアンビギュイティの推定値を更新する。そ
して、マスター局Ｍにおける推定値の更新結果は、ＧＰ
Ｓ受信機のユーザに提供される。なお、各ＧＰＳ衛星Ｇ
１〜Ｇ２４と各地上局Ｓ１〜Ｓ４との間のアンビギュイ
ティの推定値は、各ＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４から送出さ
れる航法メッセージを含む衛星信号に多重された互いに
異なる２つの周波数信号（Ｆ１，Ｆ２）を用いて推定さ
れる。
られる観測データを基に、各ＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４の
状態、即ち、位置、速度、クロック誤差（時刻オフセッ
ト，ドリフトレート）、各地上局Ｓ１〜Ｓ４の状態、即
ち、クロック誤差（時刻オフセット，ドリフトレー
ト）、及び各ＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４と各地上局Ｓ１〜
Ｓ４との間のアンビギュイティの推定値を更新する。そ
して、マスター局Ｍにおける推定値の更新結果は、ＧＰ
Ｓ受信機のユーザに提供される。なお、各ＧＰＳ衛星Ｇ
１〜Ｇ２４と各地上局Ｓ１〜Ｓ４との間のアンビギュイ
ティの推定値は、各ＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４から送出さ
れる航法メッセージを含む衛星信号に多重された互いに
異なる２つの周波数信号（Ｆ１，Ｆ２）を用いて推定さ
れる。
【００２０】ここで、マスター局ＭにおけるＧＰＳ衛星
標定、即ち推定値の更新について図２を参照して説明す
る。図２において、各地上局Ｓ１〜Ｓ４からの地上局信
号は、ダウンコンバータ１１により中間周波数（ＩＦ）
帯に周波数変換され、ＩＦ信号となる。このＩＦ信号は
Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部１２によってデジ
タル信号に変換された後、データ復調部１３によってデ
ータ復調されて観測データに変換されて、状態推定値演
算部１４とデータ更新部１５とに入力される。
標定、即ち推定値の更新について図２を参照して説明す
る。図２において、各地上局Ｓ１〜Ｓ４からの地上局信
号は、ダウンコンバータ１１により中間周波数（ＩＦ）
帯に周波数変換され、ＩＦ信号となる。このＩＦ信号は
Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部１２によってデジ
タル信号に変換された後、データ復調部１３によってデ
ータ復調されて観測データに変換されて、状態推定値演
算部１４とデータ更新部１５とに入力される。
【００２１】状態推定値演算部１４は、観測データを基
に所定の航法方程式を解くことにより、各ＧＰＳ衛星Ｇ
１〜Ｇ２４各々の位置情報、速度情報、衛星クロック誤
差情報に与えられる誤差値の推定確率に最大を与える状
態推定値と、地上局クロック誤差情報に与えられる誤差
値の推定確率に最大を与える状態推定値と、各ＧＰＳ衛
星Ｇ１〜Ｇ２４と各地上局Ｓ１〜Ｓ４との間のアンビギ
ュイティの推定値とを組み合わせた共分散行列を演算
し、この演算結果を相関値棄却部１６に出力する。この
相関値棄却部１６は、入力された共分散行列の中から、
ＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４間相関項、地上局Ｓ１〜Ｓ４間
相関項、各ＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４と各地上局Ｓ１〜Ｓ
４との間のアンビギュイティ相関項を棄却し、状態推定
信号としてデータ更新部１５に出力する。
に所定の航法方程式を解くことにより、各ＧＰＳ衛星Ｇ
１〜Ｇ２４各々の位置情報、速度情報、衛星クロック誤
差情報に与えられる誤差値の推定確率に最大を与える状
態推定値と、地上局クロック誤差情報に与えられる誤差
値の推定確率に最大を与える状態推定値と、各ＧＰＳ衛
星Ｇ１〜Ｇ２４と各地上局Ｓ１〜Ｓ４との間のアンビギ
ュイティの推定値とを組み合わせた共分散行列を演算
し、この演算結果を相関値棄却部１６に出力する。この
相関値棄却部１６は、入力された共分散行列の中から、
ＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４間相関項、地上局Ｓ１〜Ｓ４間
相関項、各ＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４と各地上局Ｓ１〜Ｓ
４との間のアンビギュイティ相関項を棄却し、状態推定
信号としてデータ更新部１５に出力する。
【００２２】データ更新部１５は、状態推定信号に基づ
いて、データ復調部１３から入力された観測データに対
し、データ更新を行なう。更新後の観測データはＤ／Ａ
（デジタル／アナログ）変換部１７によりアナログ信号
に変換され、アップコンバータ１８によりＲＦ信号とな
り、ＧＰＳ受信機のユーザに対する補正情報として放送
されることとなる。
いて、データ復調部１３から入力された観測データに対
し、データ更新を行なう。更新後の観測データはＤ／Ａ
（デジタル／アナログ）変換部１７によりアナログ信号
に変換され、アップコンバータ１８によりＲＦ信号とな
り、ＧＰＳ受信機のユーザに対する補正情報として放送
されることとなる。
【００２３】ところで、本発明では、相関値棄却部１６
における共分散相関項の扱いに近似を導入している。例
えば、共分散行列を模式的に示すと図３のようになる。
ここで、共分散行列の行及び列はそれぞれ、大分類でＧ
ＰＳ衛星状態Ｌ１、地上局状態Ｌ２、ＧＰＳ衛星と地上
局間のアンビギュイティＬ３に分類される。
における共分散相関項の扱いに近似を導入している。例
えば、共分散行列を模式的に示すと図３のようになる。
ここで、共分散行列の行及び列はそれぞれ、大分類でＧ
ＰＳ衛星状態Ｌ１、地上局状態Ｌ２、ＧＰＳ衛星と地上
局間のアンビギュイティＬ３に分類される。
【００２４】大分類のＧＰＳ衛星状態Ｌ１は中分類のＧ
ＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４に分類され、また中分類のＧＰＳ
衛星Ｇ１〜Ｇ２４はそれぞれ小分類の位置ｘ、速度ｖ、
衛星クロック誤差τ、衛星クロック誤差の時間変化量
τ’に分類される。
ＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４に分類され、また中分類のＧＰＳ
衛星Ｇ１〜Ｇ２４はそれぞれ小分類の位置ｘ、速度ｖ、
衛星クロック誤差τ、衛星クロック誤差の時間変化量
τ’に分類される。
【００２５】また、大分類の地上局状態Ｌ２は中分類の
地上局Ｓ１〜Ｓ４に分類され、中分類の地上局Ｓ１〜Ｓ
４はそれぞれ小分類の地上局クロック誤差τＡ、地上局
クロック誤差の時間変化量τＡ’に分類される。
地上局Ｓ１〜Ｓ４に分類され、中分類の地上局Ｓ１〜Ｓ
４はそれぞれ小分類の地上局クロック誤差τＡ、地上局
クロック誤差の時間変化量τＡ’に分類される。
【００２６】また、大分類のＧＰＳ衛星と地上局間のア
ンビギュイティＬ３は、中分類の各ＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ
２４と各地上局Ｓ１〜Ｓ４のそれぞれの組み合わせに分
類される。
ンビギュイティＬ３は、中分類の各ＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ
２４と各地上局Ｓ１〜Ｓ４のそれぞれの組み合わせに分
類される。
【００２７】そして、上記した共分散行列において、対
角線上に位置し中分類で交差する領域（図３中では斜線
で示した領域）を残し、それ以外の領域、すなわち相関
項は０と置かれる。したがって、系の推定状態分布に関
して、各ＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４間同士、各地上局Ｓ１
〜Ｓ４間同士、各ＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４と各地上局Ｓ
１〜Ｓ４間のそれぞれのアンビギュイティ同士の組み合
わせに関する状態推定分布のみが状態推定に関する情報
として採用され、その他の情報は棄却されている。この
とき、エントロピー最大化原理（ＭＥＭ原理）から相関
項を０と置いた共分散行列が得られる。従って、各部分
系に関する共分散にのみ着目して計算が行なわれる。
角線上に位置し中分類で交差する領域（図３中では斜線
で示した領域）を残し、それ以外の領域、すなわち相関
項は０と置かれる。したがって、系の推定状態分布に関
して、各ＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４間同士、各地上局Ｓ１
〜Ｓ４間同士、各ＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４と各地上局Ｓ
１〜Ｓ４間のそれぞれのアンビギュイティ同士の組み合
わせに関する状態推定分布のみが状態推定に関する情報
として採用され、その他の情報は棄却されている。この
とき、エントロピー最大化原理（ＭＥＭ原理）から相関
項を０と置いた共分散行列が得られる。従って、各部分
系に関する共分散にのみ着目して計算が行なわれる。
【００２８】以上のように上記実施形態では、エントロ
ピー最大化原理により相関情報を棄却し、これによって
共分散行列を直和形式に還元し、計算量を大幅に削減し
ている。相関情報を棄却した場合、観測データから得ら
れる状態更新に関しては、その観測データに直接関与す
る状態変数のみの更新を考えれば良いことになる。そし
て、共分散行列の更新は、共分散行列が小行列の直和と
して表され、計算量が著しく減少する。
ピー最大化原理により相関情報を棄却し、これによって
共分散行列を直和形式に還元し、計算量を大幅に削減し
ている。相関情報を棄却した場合、観測データから得ら
れる状態更新に関しては、その観測データに直接関与す
る状態変数のみの更新を考えれば良いことになる。そし
て、共分散行列の更新は、共分散行列が小行列の直和と
して表され、計算量が著しく減少する。
【００２９】例えば、ＧＰＳ衛星の数が２４、地上局の
数が４、そして２次のクロックモデルを採用した場合、
その計算量の一例を示すと次のようになる。相関項を０
と置いた直和射影の場合、計算量は１回につき８×８×
２４（ＧＰＳ衛星の数）＋２×２×４（地上局の数）＋
２×２×２４（ＧＰＳ衛星の数）×４（地上局の数）／
ＳＴＥＰとなる。また、状態更新はｎ次の近似を行なう
場合、近似のＳＴＥＰごとに７×７回／ＳＴＥＰとな
る。また、共分散更新は１２×１２×１２回／ＳＴＥＰ
となる。
数が４、そして２次のクロックモデルを採用した場合、
その計算量の一例を示すと次のようになる。相関項を０
と置いた直和射影の場合、計算量は１回につき８×８×
２４（ＧＰＳ衛星の数）＋２×２×４（地上局の数）＋
２×２×２４（ＧＰＳ衛星の数）×４（地上局の数）／
ＳＴＥＰとなる。また、状態更新はｎ次の近似を行なう
場合、近似のＳＴＥＰごとに７×７回／ＳＴＥＰとな
る。また、共分散更新は１２×１２×１２回／ＳＴＥＰ
となる。
【００３０】なお、従来では、ニュートン法に従うと、
計算量は１回につき３９２×３９２／ＳＴＥＰとなり、
状態更新は７×３９２／ＳＴＥＰとなり、共分散更新は
３９２×３９２×３９２回／ＳＴＥＰとなる。
計算量は１回につき３９２×３９２／ＳＴＥＰとなり、
状態更新は７×３９２／ＳＴＥＰとなり、共分散更新は
３９２×３９２×３９２回／ＳＴＥＰとなる。
【００３１】このように、共分散更新の計算量が大幅に
減少し、全体の計算量が減少する。
減少し、全体の計算量が減少する。
【００３２】以上述べたように上記実施形態によれば、
予め決められた位置に設置された地上局Ｓ１〜Ｓ４から
送出される地上局信号がダウンコンバータ１１により受
信されるとＡ／Ｄ変換部１２及びデータ復調部１３にて
観測データが抽出される。そして、状態推定値演算部１
４により観測データを基にＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４に関
する位置情報、速度情報、衛星クロック誤差情報、地上
局クロック誤差情報それぞれ与えられる誤差値の推定確
率に最大を与える状態推定値が算出されるとともに、Ｇ
ＰＳ衛星と地上局との間のアンビギュイティの推定値が
算出され、これらの組み合わせによる共分散行列が相関
値棄却部１６に供給される。相関値棄却部１６では、共
分散行列の中から相関項が棄却される。
予め決められた位置に設置された地上局Ｓ１〜Ｓ４から
送出される地上局信号がダウンコンバータ１１により受
信されるとＡ／Ｄ変換部１２及びデータ復調部１３にて
観測データが抽出される。そして、状態推定値演算部１
４により観測データを基にＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４に関
する位置情報、速度情報、衛星クロック誤差情報、地上
局クロック誤差情報それぞれ与えられる誤差値の推定確
率に最大を与える状態推定値が算出されるとともに、Ｇ
ＰＳ衛星と地上局との間のアンビギュイティの推定値が
算出され、これらの組み合わせによる共分散行列が相関
値棄却部１６に供給される。相関値棄却部１６では、共
分散行列の中から相関項が棄却される。
【００３３】このため、差分航法を行なう場合に、ＧＰ
Ｓ衛星Ｇ１〜Ｇ２４における状態推定値と、地上局Ｓ１
〜Ｓ４における状態推定値と、ＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４
と地上局Ｓ１〜Ｓ４との間のアンビギュイティの推定値
とを組み合わせた共分散行列から相関項を棄却するよう
にすれば、自装置の状態推定能力を劣化させることな
く、ＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４と地上局Ｓ１〜Ｓ４との状
態推定に関する計算量を格段と減少させることができ、
高精度でかつ信頼性の高い航法システムを実現できる。
Ｓ衛星Ｇ１〜Ｇ２４における状態推定値と、地上局Ｓ１
〜Ｓ４における状態推定値と、ＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４
と地上局Ｓ１〜Ｓ４との間のアンビギュイティの推定値
とを組み合わせた共分散行列から相関項を棄却するよう
にすれば、自装置の状態推定能力を劣化させることな
く、ＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４と地上局Ｓ１〜Ｓ４との状
態推定に関する計算量を格段と減少させることができ、
高精度でかつ信頼性の高い航法システムを実現できる。
【００３４】なお、上記実施形態では、ＧＰＳ衛星の数
が２４、地上局の数が４の例で説明している。しかし、
この発明は、ＧＰＳ衛星や地上局の数がそれ以外の場合
にも適用できる。また、上記実施形態では、地上局Ｓ１
〜Ｓ４を用いた差分航法を行なう例について説明した
が、これ以外にもＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４から直接衛星
信号を受信してＧＰＳ衛星の標定を行なうようにしても
よい。さらに、上記実施形態では、ＧＰＳシステムを対
象として説明したが、ＧＰＳ以外の測位システムにもこ
の発明を適用することが可能である。
が２４、地上局の数が４の例で説明している。しかし、
この発明は、ＧＰＳ衛星や地上局の数がそれ以外の場合
にも適用できる。また、上記実施形態では、地上局Ｓ１
〜Ｓ４を用いた差分航法を行なう例について説明した
が、これ以外にもＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇ２４から直接衛星
信号を受信してＧＰＳ衛星の標定を行なうようにしても
よい。さらに、上記実施形態では、ＧＰＳシステムを対
象として説明したが、ＧＰＳ以外の測位システムにもこ
の発明を適用することが可能である。
【００３５】また、上記実施形態において、マスター局
Ｍをハードウェアで構成する例について説明したが、少
なくともデータ更新部、状態推定値演算部、相関値棄却
部をソフトウェアで構成するようにしてもよい。さら
に、上記実施形態では、ＧＰＳ衛星の状態推定値、地上
局の状態推定値及び測位衛星と地上局との間のアンビギ
ュイティの推定値を組み合わせた共分散行列を算出する
例にして説明したが、それぞれ別々の共分散行列を算出
するようにしてもよい。
Ｍをハードウェアで構成する例について説明したが、少
なくともデータ更新部、状態推定値演算部、相関値棄却
部をソフトウェアで構成するようにしてもよい。さら
に、上記実施形態では、ＧＰＳ衛星の状態推定値、地上
局の状態推定値及び測位衛星と地上局との間のアンビギ
ュイティの推定値を組み合わせた共分散行列を算出する
例にして説明したが、それぞれ別々の共分散行列を算出
するようにしてもよい。
【００３６】その他、地上局からマスター局へのデータ
伝送方法や、マスター局の構成等についても、この発明
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
伝送方法や、マスター局の構成等についても、この発明
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【００３７】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
状態推定能力を保持しつつ、状態推定に関する計算量を
格段と減少させ、実時間で処理するシステムを構築し得
る測位衛星標定装置及び方法を提供することができる。
状態推定能力を保持しつつ、状態推定に関する計算量を
格段と減少させ、実時間で処理するシステムを構築し得
る測位衛星標定装置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る測位衛星標定装置が適用される
システムの一実施形態を示すブロック構成図。
システムの一実施形態を示すブロック構成図。
【図２】上記図１に示したマスター局の具体的構成を示
す回路ブロック図。
す回路ブロック図。
【図３】同実施形態に適用される共分散行列の内容を示
す模式図。
す模式図。
１１…ダウンコンバータ、
１２…Ａ／Ｄ変換部、
１３…データ復調部、
１４…状態推定値演算部、
１５…データ更新部、
１６…相関値棄却部、
１７…Ｄ／Ａ変換部、
１８…アップコンバータ、
Ｇ１〜Ｇ２４…ＧＰＳ衛星、
Ｓ１〜Ｓ４…地上局、
Ｍ…マスター局。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平10−213643（ＪＰ，Ａ)
特開2000−65914（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−288160（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−134171（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−59014（ＪＰ，Ａ)
特開2000−275320（ＪＰ，Ａ)
特開2001−183439（ＪＰ，Ａ)
特開2001−194444（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01S 5/14
G01C 21/00
Claims (12)
- 【請求項１】 測位衛星の状態を標定する測位衛星標定
装置において、 複数の測位衛星から、当該測位衛星の位置情報、速度情
報、衛星クロック誤差情報を含む衛星信号を受信する受
信手段と、 この受信手段で得られた測位衛星全ての衛星信号から、
前記測位衛星の位置情報、速度情報、衛星クロック誤差
情報を抽出する情報抽出手段と、 この情報抽出手段で得られた複数の測位衛星各々の位置
情報、速度情報、衛星クロック誤差情報に与えられる誤
差値の推定確率に最大を与える状態推定情報を算出する
状態推定情報算出手段と、 この状態推定情報算出手段で算出された状態推定情報の
中から測位衛星間の状態推定相関成分を棄却する相関成
分棄却手段とを具備してなることを特徴とする測位衛星
標定装置。 - 【請求項２】 測位衛星の状態を標定する測位衛星標定
装置において、 予め決められた位置に設置された複数の地上局により、
複数の測位衛星から、当該測位衛星の位置情報、速度情
報、衛星クロック誤差情報を含む衛星信号が受信される
とき、 複数の地上局から、前記測位衛星の位置情報、速度情
報、衛星クロック誤差情報及び地上局クロック誤差情報
を含む地上局信号を受信する受信手段と、 この受信手段で得られた地上局全ての地上局信号から、
前記測位衛星の位置情報、速度情報、衛星クロック誤差
情報及び地上局クロック誤差情報を抽出する情報抽出手
段と、 この情報抽出手段で得られた複数の測位衛星各々の位置
情報、速度情報、衛星クロック誤差情報、及び複数の地
上局各々の地上局クロック誤差情報に与えられる誤差値
の推定確率に最大を与える状態推定情報を算出する状態
推定情報算出手段と、 この状態推定情報算出手段で算出された状態推定情報の
中から測位衛星間及び地上局間の状態推定相関成分を棄
却する相関成分棄却手段とを具備してなることを特徴と
する測位衛星標定装置。 - 【請求項３】 前記状態推定情報算出手段は、前記複数
の測位衛星と前記複数の地上局との間の不確定情報を算
出する手段を有し、 前記相関成分棄却手段は、前記状態推定情報算出手段で
算出された前記不確定情報の中から、相違する前記測位
衛星と前記地上局との間の不確定相関成分を棄却する手
段を有してなることを特徴とする請求項２記載の測位衛
星標定装置。 - 【請求項４】 前記状態推定情報算出手段は、前記複数
の測位衛星の状態推定情報、前記複数の地上局の状態推
定情報及び前記複数の測位衛星と前記複数の地上局との
間の不確定情報を組み合わせた共分散行列もしくは別々
の共分散行列を算出し、 前記相関成分棄却手段は、前記状態推定情報算出手段で
算出された共分散行列の中から、測位衛星間相関項、地
上局間相関項及び前記測位衛星と前記地上局との間の不
確定相関項を棄却することを特徴とする請求項１，２，
３のいずれかに記載の測位衛星標定装置。 - 【請求項５】 前記複数の測位衛星と前記複数の地上局
との間の不確定情報は、前記測位衛星から送出される衛
星信号に多重された互いに異なる第１及び第２の周波数
信号を用いて推定されることを特徴とする請求項３記載
の測位衛星標定装置。 - 【請求項６】 さらに、前記相関成分棄却手段で状態推
定相関成分の棄却が行われた状態推定情報に基づいて、
前記衛星信号に与えられる誤差値を補正するための補正
情報を算出し、この算出された補正情報を外部に送出す
る補正情報送信手段を備えてなることを特徴とする請求
項１または２記載の測位衛星標定装置。 - 【請求項７】 測位衛星の状態を標定する測位衛星標定
方法において、 複数の測位衛星から、当該測位衛星の位置情報、速度情
報、衛星クロック誤差情報を含む衛星信号を受信し、受
信された測位衛星全ての衛星信号から、前記測位衛星の
位置情報、速度情報、衛星クロック誤差情報を抽出し、
複数の測位衛星各々の位置情報、速度情報、衛星クロッ
ク誤差情報に与えられる誤差値の推定確率に最大を与え
る状態推定情報を算出し、この状態推定情報の中から測
位衛星間の状態推定相関成分を棄却することを特徴とす
る測位衛星標定方法。 - 【請求項８】 測位衛星の状態を標定する測位衛星標定
方法において、 予め決められた位置に設置された複数の地上局により、
複数の測位衛星から、当該測位衛星の位置情報、速度情
報、衛星クロック誤差情報を含む衛星信号が受信される
とき、 複数の地上局から、前記測位衛星の位置情報、速度情
報、衛星クロック誤差情報及び地上局クロック誤差情報
を含む地上局信号を受信し、受信された地上局全ての地
上局信号から、前記測位衛星の位置情報、速度情報、衛
星クロック誤差情報及び地上局クロック誤差情報を抽出
し、複数の測位衛星各々の位置情報、速度情報、衛星ク
ロック誤差情報、及び複数の地上局各々の地上局クロッ
ク誤差情報に与えられる誤差値の推定確率に最大を与え
る状態推定情報を算出し、この算出された状態推定情報
の中から測位衛星間及び地上局間の状態推定相関成分を
棄却することを特徴とする測位衛星標定方法。 - 【請求項９】 さらに、前記複数の測位衛星と前記複数
の地上局との間の不確定情報を算出し、この不確定情報
の中から、相違する前記測位衛星と前記地上局との間の
不確定相関成分を棄却することを特徴とする請求項８記
載の測位衛星標定方法。 - 【請求項１０】 前記複数の測位衛星の状態推定情報、
前記複数の地上局の状態推定情報及び前記複数の測位衛
星と前記複数の地上局との間の不確定情報を組み合わせ
た共分散行列もしくは別々の共分散行列を算出し、この
共分散行列の中から、測位衛星間相関項、地上局間相関
項及び前記測位衛星と前記地上局との間の不確定相関項
を棄却することを特徴とする請求項７，８，９のいずれ
かに記載の測位衛星標定方法。 - 【請求項１１】 前記複数の測位衛星と前記複数の地上
局との間の不確定情報は、前記測位衛星から送出される
衛星信号に多重された互いに異なる第１及び第２の周波
数信号を用いて推定されることを特徴とする請求項７ま
たは８記載の測位衛星標定方法。 - 【請求項１２】 さらに、状態推定相関成分の棄却が行
われた状態推定情報に基づいて、前記衛星信号に与えら
れる誤差値を補正するための補正情報を算出し、この算
出された補正情報を外部に送出することを特徴とする請
求項７または８記載の測位衛星標定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000081255A JP3505463B2 (ja) | 2000-03-23 | 2000-03-23 | 測位衛星標定装置及び方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000081255A JP3505463B2 (ja) | 2000-03-23 | 2000-03-23 | 測位衛星標定装置及び方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001264408A JP2001264408A (ja) | 2001-09-26 |
| JP3505463B2 true JP3505463B2 (ja) | 2004-03-08 |
Family
ID=18598215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000081255A Expired - Fee Related JP3505463B2 (ja) | 2000-03-23 | 2000-03-23 | 測位衛星標定装置及び方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3505463B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6773380B2 (ja) * | 2016-10-28 | 2020-10-21 | 三菱電機株式会社 | 測位補強装置、測位補強方法および測位補強プログラム |
-
2000
- 2000-03-23 JP JP2000081255A patent/JP3505463B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001264408A (ja) | 2001-09-26 |
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