JP3853676B2

JP3853676B2 - Positioning device

Info

Publication number: JP3853676B2
Application number: JP2002067186A
Authority: JP
Inventors: 祐司大村; 雅行齋藤; 忠信大毛
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2022-03-12
Also published as: JP2003270320A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、測位衛星や測位衛星に類する装置からの信号を受信して測位計算を行う測位装置に関し、特に自動車、鉄道車両、船舶などのような大きな構造体の位置や姿勢を検出する測位装置に関するものである。
以降の記述で測位衛星もしくは衛星と記載したものは、特に記載がない限り測位衛星に類する装置を含むものとする。
【０００２】
【従来の技術】
構造体の姿勢を検出する従来の測位装置としては、例えば「Global Positioning System: Theory and Applications, Volume II, Chapter 19. Attitude Determination」がある。図７は、かかる従来の測位装置における２つの受信機間の基線ベクタｘと測位衛星ｊの観測信号との関係を示した模式図である。
【０００３】
図７において、６１は受信機Ａ、６２は受信機Ｂ、６３は受信機Ａ６１から受信機Ｂ６２への基線ベクタｘ、６４が測位衛星ｊの電波面、６５が測位衛星ｊと受信機Ａ６１間の疑似距離、６６が測位衛星ｊと受信機Ｂ６２間の疑似距離、６７が受信機間疑似距離差、６８が受信機から測位衛星ｊへの視線ベクタｓ_ｊ、６９が波長λである。
【０００４】
受信機Ａ６１、Ｂ６２は測位衛星ｊとの間の距離（擬似距離）を電波の伝播時間で計測する。伝播時間の計測に用いる上記受信機毎に備えられた各々の時計の時刻誤差（時計誤差）が０であると仮定すると、測位衛星ｊと受信機Ａ６１間の疑似距離６５と、測位衛星ｊと受信機Ｂ６２間の疑似距離６６との差分である受信機間疑似距離差６７は、基線ベクタｘ６３と受信機から測位衛星ｊへの視線ベクタｓ_ｊ６８の内積に等しくなる。
【０００５】
ここで、受信機から測位衛星ｊへの視線ベクタｓ_ｊ６８は長さが１であると定義している。この関係式を同時に観測される複数の測位衛星ｊや、複数の基線ベクタｘ６３に対して適用した連立方程式を構成し、これに収束計算を行うことで複数の基線ベクタｘ６３を求めることが可能である。
【０００６】
先に時計誤差を０と仮定したが、前記連立方程式に時計誤差変数を組み込むことは可能であり、時計誤差は０でなくても良い。
なお、基線ベクタｘ６３の向きを決定する際に、基線ベクタｘ６３の長さが既知である場合には観測衛星数を一つ減らすことが可能である。
さらに、各アンテナに対応した受信機間の時計誤差が０であれば、観測衛星数をさらに一つ減らすことが可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の測位装置は、以上のような方式を用いて構造体の姿勢を検出していたが、姿勢と同時にアンテナの位置を計算するためには、アンテナの位置を表現する３変数と、受信機時計の誤差である１変数とで、合計４つの変数を解くことが必要となり、これ以外に変数が無い場合でも、最低４つの連立方程式を連立させる必要がある。即ち、観測衛星数は最低でも４つ必要とされる。
【０００８】
また、市街地においては、周辺の建物などの配置が複雑であり、測位衛星ｊの電波をアンテナが受信する際の妨げとなる。精度良く測位計算を行うためには、多くの測位衛星の電波を障害物の影響なくアンテナで受信する必要がある。このような、測位衛星の観測条件は頻繁に変動するため、安定した測位計算を継続することは困難である。
【０００９】
この発明は以上のような問題を解決するためになされたものであり、各アンテナで異なる測位衛星が観測できる場合に、その観測データをアンテナ間で相互に変換可能とする測位装置を実現することを目的とする。すなわち、各アンテナの観測衛星数は、複数のアンテナで観測された観測衛星の総和とすることが可能になり、測位衛星の観測条件を改善することができる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る測位装置は、測位対象物上に相互に離間して設けられ、複数の測位衛星からの信号を受信する複数のアンテナと、上記複数のアンテナによる受信信号に基づいて各アンテナが観測した上記測位衛星の観測信号と衛星座標位置とを得る受信機と、上記受信機からの上記測位衛星の観測信号と衛星座標位置とに基づいて上記アンテナの測位座標を計算する測位計算手段と、上記複数のアンテナの各々で観測できない特定測位衛星がある場合に、この特定測位衛星を観測できている上記アンテナによる受信信号から上記受信機が得た観測信号を、上記特定測位衛星を観測できないアンテナに接続された受信機の観測信号に相当する変換観測信号へ変換する観測信号変換手段とを備え、上記受信機は、上記複数のアンテナに対応した複数個からなり、上記測位計算手段は、少なくとも上記受信機毎に得られた観測信号に相当する上記観測信号変換手段により変換された変換観測信号と上記衛星座標位置に基づいて、上記各受信機の測位座標を計算するものである。
【００１２】
また、所定の座標軸に対する上記測位対象物の回転角に基づいて測位対象物の姿勢情報を検出する姿勢検出手段をさらに備え、上記姿勢検出手段は、上記姿勢情報として上記複数のアンテナ間における基線ベクタを検出し、上記観測信号変換手段は、上記複数の受信機により得た複数の衛星座標位置と複数の観測信号に基づいて、概略測位を計算する概略測位計算手段と、上記測位計算機により計算された上記各アンテナの測位座標と、上記概略測位計算手段により計算された概略測位とに基づいて、適切な概略位置を選択する概略位置決定手段と、上記概略位置決定手段により選択された概略位置と、上記複数の受信機により得られた衛星座標位置と、上記姿勢情報検出手段による姿勢情報とに基づいて、複数の衛星視線ベクタを計算する視線ベクタ計算手段と、上記基線ベクタと上記衛星視線ベクタとにより上記複数の受信機による観測信号の補正量を計算し、該補正量に基づいて上記観測信号を上記変換観測信号へ変換する変換計算手段とを備えたものである。
【００１３】
また、上記複数の受信機は、上記測位衛星との距離測定に要する内蔵時計を備え、上記観測信号変換手段は、上記複数の受信機により共通して得られた測位衛星の観測信号と、該観測信号と上記変換計算手段により変換された変換観測信号との比較に基づいて変換した上記受信機毎の変換観測信号とをそれぞれ比較することにより、上記各受信機間の内蔵時計の誤差を算出する時計誤差算出手段を備え、この時計誤差算出手段により算出された内蔵時計の誤差に基づいて上記受信機毎の変換観測信号を補正するものである。
【００１４】
また、上記概略測位計算手段は、上記測位計算手段により計算された上記アンテナの測位座標の入力がないとき、或いは上記概略位置決定手段により選択された概略位置が劣悪であるときに、上記時計誤差算出手段により算出された内蔵時計の誤差の出力に基づいて上記概略位置の代替えとなる概略測位出力を計算するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の実施の形態に係る測位装置の全体ブロック図および測位装置を設置する構造体を示す構成図である。以下に図１における測位装置の構成について説明する。
図１において、１は測位装置、２は測位対象物となる構造体、３は構造体２に搭載された姿勢検出器、４はＧＰＳアンテナＡ、５はＧＰＳアンテナＢであり、これらＧＰＳアンテナＡ４およびＧＰＳアンテナＢ５は互いに離間して構造体２に配置されている。
【００１７】
６はＧＰＳアンテナＡ４に対応したＧＰＳ受信機Ａ、７はＧＰＳアンテナＢ５に対応したＧＰＳ受信機Ｂである。８は観測信号変換器、９および１０は測位計算機である。
【００１８】
以下は信号または情報を示すものであり、１１は受信機Ａ衛星座標、１２は受信機Ｂ衛星座標、１３は受信機Ａ観測信号、１４は受信機Ｂ観測信号、１５は姿勢情報である。これらの信号または情報は、同時に観測された複数の測位衛星の信号または情報の集合である。
さらに、１６は受信機Ａ変換観測信号、１７は受信機Ｂ変換観測信号、１８は受信機Ａ測位座標、１９は受信機Ｂ測位座標である。また、受信機Ａ変換観測信号１６、受信機Ｂ変換観測信号１７も同様に、複数の測位衛星の信号の集合である。
【００１９】
次に、上記構成における測位装置の動作について説明する。
はじめに、姿勢検出器３は、例えば３軸ジャイロ装置のようなもので、各時刻における構造体２の姿勢を３次元で検出し、姿勢情報１５を出力する。姿勢情報１５は、例えば３軸ジャイロ装置の場合には３つの直交する各座標軸まわりの回転角の集合として表現される。
【００２０】
ＧＰＳ受信機Ａ６とＧＰＳ受信機Ｂ７は各々ＧＰＳアンテナＡ４およびＧＰＳアンテナＢ５が受信した信号を処理し、各受信機で観測した測位衛星全てに対する測位衛星の座標位置を計算して受信機Ａ衛星座標１１、受信機Ｂ衛星座標１２として出力する。また、測位衛星と各ＧＰＳアンテナとの間の伝搬距離情報を受信機Ａ観測信号１３、および受信機Ｂ観測信号１４として出力する。
【００２１】
観測信号変換器８は、これらの出力信号１１〜１５と、受信機Ａ測位座標１８、受信機Ｂ測位座標１９を入力とする。そして、ＧＰＳ受信機Ａ６とＧＰＳ受信機Ｂ７の双方では観測できないが、他方のＧＰＳ受信機でのみ観測できる測位衛星の観測信号を抽出する。
【００２２】
例えば、ここではＧＰＳ受信機Ａ６にのみ観測できる測位衛星がある場合、ＧＰＳ受信機Ａ６で観測できている受信機Ａ観測信号１３から観測信号変換器８により該当する観測信号部分を抽出し、この抽出した観測信号を受信機Ｂ変換観測信号１７に変換して出力する。また、同様にして、ＧＰＳ受信機Ｂ７にのみ観測できる測位衛星がある場合、ＧＰＳ受信機Ｂ７で観測できている受信機Ｂ観測信号１４から観測信号変換器８により該当する観測信号部分を抽出し、この抽出した観測信号を受信機Ａ変換観測信号１６に変換して出力する。
【００２３】
測位計算機９は、ＧＰＳ受信機Ａ６の出力である受信機Ａ観測信号１３、および観測信号変換器８により変換された受信機Ａ変換観測信号１６と、ＧＰＳ受信機Ａ６の出力である受信機Ａ衛星座標１１と、ＧＰＳ受信機Ｂ７の出力である受信機Ｂ衛星座標１２とに基づいてＧＰＳアンテナＡ４の位置の測位計算を行う。
【００２４】
同様にして、測位計算機１０においても、ＧＰＳ受信機Ｂ７の出力である受信機Ｂ観測信号１４、および観測信号変換器８により変換された受信機Ｂ変換観測信号１７と、ＧＰＳ受信機Ｂ７の出力である受信機Ｂ衛星座標１２と、ＧＰＳ受信機Ａ６の出力である受信機Ａ衛星座標１１とに基づいてＧＰＳアンテナＢ５の位置の測位計算を行う。
【００２５】
このように各測位計算機９，１０は上記測位計算の結果により求まるアンテナ座標位置を受信機Ａ測位座標１８と受信機Ｂ測位座標１９として出力する。なお、測位計算機９，１０は要求される精度で測位計算ができない場合は、明らかに不正である座標、例えば原点座標を出力して測位計算ができなかったという情報を出力する。
【００２６】
以上のように、本実施の形態に係る測位装置によれば、測位装置１と構造体２を構成することで、ＧＰＳアンテナＡ４とＧＰＳアンテナＢ５の一方でしか受信できない測位衛星に対しても他方のアンテナの観測信号に変換が可能になるため、周辺環境が複雑な市街地などにおいても測位環境の劣化を防止することができる。
【００２７】
次に、上述した本実施の形態に係る測位装置をより詳細に説明するべく、図２〜６を用いて、図１における測位装置の観測信号変換器８の構成および動作について記載する。
【００２８】
図２は本実施の形態における観測信号変換器８の内部ブロック図を示したものであり、以下に構成について説明する。
図２において、２１は概略測位計算機、２２は概略位置決定回路、２３は視線ベクタ計算機、２４は変換計算機である。以下は信号または情報を示すものであり、２５は概略測位出力、２６は概略位置、２７は衛星視線ベクタ、２８は基線ベクタ、２９は受信機Ｂ時計誤差である。
【００２９】
次いで、上記構成における観測信号変換器８の動作について説明する。
概略測位計算機２１は、ＧＰＳアンテナＡ４およびＧＰＳアンテナＢ５の概略位置として使用する概略測位出力２５を計算する。この概略測位出力２５は、受信機Ａ測位座標１８と受信機Ｂ測位座標１９が出力されていないか、測位精度が劣悪で概略位置２６として有効でない場合に、代替えとして使用する。
【００３０】
また、概略測位計算機２１は、各受信機単独で要求される精度で測位計算ができないと判断した場合には、ＧＰＳアンテナＡ４およびＧＰＳアンテナＢ５が略同一位置にあると想定し、ＧＰＳ受信機Ａ６とＧＰＳ受信機Ｂ７の両方の出力を用いて概略位置２６を計算する。
【００３１】
このとき、受信機Ａ観測信号１３と受信機Ｂ観測信号１４は、異なる受信機が内蔵した異なる時計を用いて各受信機と測位衛星との距離を観測しているため、両者を組み合わせて測位計算するためには、受信機間の時計誤差を補償する必要がある。そのため、例えばＧＰＳ受信機Ａ６の内臓時計を基準としたＧＰＳ受信機Ｂ７の内臓時計の時計誤差を、図６で後述する変換計算機２４により観測信号次元に換算した受信機Ｂ時計誤差２９を生成し、概略測位計算機２１における上記概略測位計算に用いる。なお、上記概略測位計算機２１における動作については図３を用いて後述する。
【００３２】
概略位置決定回路２２は、受信機Ａ測位座標１８、受信機Ｂ側測位座標１９、および概略測位出力２５の３つの入力情報から適切な概略位置２６を決定する。
【００３３】
また、視線ベクタ計算機２３は、上記概略位置決定回路２２で決定された概略位置２６と、姿勢検出器３により検出された姿勢情報１５と、受信機Ａ衛星座標１１および受信機Ｂ衛星座標１２とを用いて各観測測位衛星に対する測位衛星の方向を示す衛星視線ベクタ２７を生成する。この衛星視線ベクタ２７は構造体２のローカルな座標系に座標変換されている。
【００３４】
変換計算機２４は、構造体２のローカル座標系において、ＧＰＳアンテナＡ４を基準としたＧＰＳアンテナＢ５を示す構造体２のローカル座標の基線ベクタ２８と、衛星視線ベクタ２７とを用いて各測位衛星の観測信号に対応する補正量を計算し、受信機Ａ観測信号１３或いは受信機Ｂ観測信号１４を補正量に基づいて変換した受信機Ａ変換観測信号１６および受信機Ｂ変換観測信号１７を出力する。
【００３５】
なお、変換計算機２４では、２つのＧＰＳ受信機で同時に観測された観測信号と、姿勢情報１５とから上述した受信機Ｂ時計誤差２９が生成されている。
【００３６】
図３は、上記図２における概略測位計算機２１の詳細ブロック図であり、図３において、３１，３２はＤＯＰ計算機（ＤＯＰ；Dilution of precision）、３３は受信機選択回路、３４は概略測位計算部、３５は遅延回路、３６は減算器である。３７は受信機選択回路３３の出力である概略測位モードである。
【００３７】
前回の時刻に行った測位計算の結果を測位計算の初期値に使用するために遅延回路３５を用いている。ＤＯＰ計算機３１，３２は各ＧＰＳ受信機で観測した測位衛星の座標位置と、遅延回路３５を介して得られた概略位置２６とを用いて、測位衛星の幾何学的な配置を原因とする測位結果の精度劣化の割合を示す値であるＤＯＰを計算して出力する。
【００３８】
受信機選択回路３３は、ＤＯＰ計算機３１，３２の出力値に基づいて概略測位計算部３４の計算方法を指示する概略測位モード３７を生成する。この概略測位モード３７は、概略測位計算部３４において測位計算に使用する観測信号の選択信号としての役割を果たす。
【００３９】
例えば、ＤＯＰ計算３１，３２の出力値の双方が所定値より大きい場合には、全ての観測信号（受信機Ａ観測信号１３および受信機Ｂ観測信号１４の双方）を用いて概略測位計算を行う指示を与える概略測位モード３７を生成する。
【００４０】
それ以外の場合にはＤＯＰ計算機３１，３２の出力値のうち小さい方を識別し、出力値が等しい場合にはどちらかを任意に選択する。即ち、ＤＯＰ計算機３１の出力値が小さい場合は、ＧＰＳ受信機Ａ６による受信機Ａ観測信号１３だけを用いた概略計算を行う指示を与える概略測位モード３７を生成し、ＤＯＰ計算機３２の出力値が小さい場合は、ＧＰＳ受信機Ｂ７による受信機Ｂ観測信号１４だけを用いた概略測位モード３７を生成する。
【００４１】
以上のように、概略測位計算部３４は、上記概略測位モード３７の指示にしたがって測位計算に採用する観測信号、即ち観測衛星を選択し、選択した観測信号に基づいて測位計算を行い、概略測位出力２５を出力する。
【００４２】
また、受信機Ｂ観測信号１４は、受信機Ａ観測信号１３に対する受信機Ｂ時計誤差２９を、減算器３６を用いて減算され、受信機Ａ観測信号１３と同じ時計で観測した信号に変換されている。
【００４３】
図４は、上記図２における概略位置決定回路２２の詳細ブロック図であり、図４において、３８は距離計算機、３９は精度判定器、４０は選択回路である。
距離計算機３８は、受信機Ａ測位座標１８、受信機Ｂ測位座標１９、および概略測位出力２５による３つの位置間隔の距離を計算する。
【００４４】
精度判定器３９は、上記距離計算機３８により計算された３つの距離を用いて３情報間の相関を判断し、前記３情報の中から一番精度が良いものを選択する。選択回路４０は精度判定器３９の出力をもとに前記３情報から一つを選択して出力する。
【００４５】
図５は、上記図２における視線ベクタ計算機の詳細ブロック図であり、図５において、４１，４２は差分計算機、４３は座標変換器である。
差分計算機４１，４２は、各々受信機Ａ衛星座標１１、受信機Ｂ衛星座標位置１２と概略位置２６の差分から、各測位衛星の方位を示す方位ベクタを計算して出力する。
【００４６】
この方位ベクタは、受信機Ａ衛星座標１１、受信機Ｂ衛星座標１２、概略位置２６と同じ座標系で、地球の中心を原点とし、ｘ軸が緯度＝経度＝０となる右手系直交座標系である。座標変換４３は、構造体２における姿勢情報１５を用いて計算される座標変換行列を用いて入力される全ての衛星のベクタを構造体２のローカル座標系に座標変換を行い、さらに絶対値を１に正規化して、ローカル座標系の衛星視線ベクタ２７を出力する。なお、このような姿勢情報１５から座標変換行列を生成する方法は公知である。
【００４７】
図６は、本実施の形態における図２の変換計算機２４の詳細ブロック図であり、図において、４４は方向余弦計算機、４５は減算器、４６は加算器、４７，４８は差分計算機、４９は平滑回路、５０は加算器、５１は減算器である。５２は方向余弦計算機４４の出力である観測信号補正量である。
【００４８】
方向余弦計算機４４は、構造体２のローカル座標系において、ＧＰＳアンテナＡ４を基準としたＧＰＳアンテナＢ５を示す基線ベクタ２８と衛星視線ベクタ２７の方向余弦値を出力する。
【００４９】
ここで、従来の測位装置の模式図である図７の受信機Ａ６１、受信機Ｂ６２、基線ベクタｘ６３、受信機から測位衛星ｊへの視線ベクタ６８の関係を見ても分かるように、図６において、基線ベクタ２８と衛星視線ベクタ２７の方向余弦値が正値である場合は、衛星に対してＧＰＳアンテナＡ４は、ＧＰＳアンテナＢ５よりも遠い位置にあることが分かる。
【００５０】
このように、上記方向余弦計算機４４は、２つのＧＰＳアンテナで観測される擬似距離の差分値である観測信号補正量５２を出力する。この観測信号補正量５２の値と受信機Ｂ時計誤差２９に基づいて、受信機Ａ観測信号１３と受信機Ｂ観測信号１４から、それぞれ受信機Ｂ変換観測信号１７と受信機Ａ変換観測信号１６とを生成する。
【００５１】
即ち、減算器４５は、受信機Ａ観測信号１３に含まれる全ての測位衛星観測信号に対してＧＰＳ受信機Ｂ７で観測される信号に変換する。これは対応する測位衛星の観測信号補正量５２との減算で得られる。しかし、これだけでは受信機間の時計誤差に相当する擬似距離の誤差が補正されていない。これを補正するのが加算器５０である。
【００５２】
ここで、受信機Ｂ時計誤差２９を用いて時計誤差を補正する。同様に、加算器４６は受信機Ｂ観測信号１４に含まれる測位衛星の全てに対してＧＰＳ受信機Ａ６で観測される信号に変換し、減算器５１は受信機Ｂ時計誤差２９を用いて時計誤差を補正する。
【００５３】
ＧＰＳ受信機Ａ６とＧＰＳ受信機Ｂ７の両方で観測された測位衛星の観測信号は、受信機Ａ観測信号１３と加算器４６の出力に含まれるか、もしくは受信機Ｂ観測信号１４と減算器４５の出力に含まれる信号である。この両方の信号は、構造体２の姿勢の影響による、疑似距離差を補正してあるため、両者の疑似距離の違いは、時刻誤差によるものしかない。したがってこの両方の信号を比較することで、受信機間の時計誤差を要因とする、観測信号の誤差を検出することが可能である。
【００５４】
次に、差分計算機４７，４８はこれらの共通信号の差分をとることで、各サンプル、各測位衛星における時計誤差を出力する。一般に時計誤差信号は、滑らかな変化をすると期待できるので、これら複数の時計誤差の平均値をさらに平滑回路４９で平滑処理することで、正確な受信機Ｂ時計誤差２９を生成する。
また、平滑回路４９の処理を入力欠落時にも実行することで、常に同一の測位衛星が観測できない場合でも、時計誤差の予測が可能になる。
【００５５】
以上のように、図２〜６を用いて詳細に説明してきた構成を有する実施の形態１に係る図１に示した測位装置によれば、ＧＰＳアンテナＡ４とＧＰＳアンテナＢ５の一方でしか受信できない測位衛星に対しても他方のアンテナの観測信号に変換が可能になるため、周辺環境が複雑な市街地などにおいても測位環境の劣化を防止する効果がある。
【００５６】
なお、本実施の形態では、ＧＰＳアンテナを２つ設置した場合について説明してきたが、ＧＰＳアンテナの数を増やしても、各基線に対して同様な構成の装置を用意することで対応が可能であることは言うまでもない。
【００５７】
さらに、本実施の形態では、ＧＰＳ受信機を２つ設置した場合について説明してきたが、ＧＰＳ受信機を単一として、この単一のＧＰＳ受信機がＧＰＳアンテナからの受信信号に基づいて、各受信信号に対応した受信機衛星座標位置、および受信機観測信号を出力する構成としても、同様の効果を奏することができる。
【００５８】
【発明の効果】
この発明に係る測位装置によれば、複数のＧＰＳアンテナの各々で観測できない特定測位衛星がある場合に、この特定測位衛星を観測できているＧＰＳアンテナによる受信信号からＧＰＳ受信機が得た観測信号を、上記特定測位衛星を観測できているＧＰＳアンテナと、観測できていないＧＰＳアンテナとの変換観測信号へそれぞれ変換する観測信号変換手段とを備え、測位計算手段は観測信号変換手段により変換された変換観測信号と衛星座標位置に基づいて、ＧＰＳ受信機の測位座標を計算することにより、各アンテナで異なる測位衛星が観測できる場合に、その観測データをアンテナ間で相互に変換可能とする測位装置を実現することができる。すなわち、各アンテナの観測衛星数は、複数のアンテナで観測された観測衛星の総和とすることが可能になり、測位衛星の観測条件を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る測位装置の全体ブロック図および測位装置を設置する構造体を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態における観測信号変換器８の内部ブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態における概略測位計算機２１の詳細ブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態における概略位置決定回路２２の詳細ブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態における視線ベクタ計算機２３の詳細ブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態における変換計算機２４の詳細ブロック図である。
【図７】従来の測位装置における２つの受信機間の基線ベクタｘ６３と測位衛星ｊの観測信号との関係を示した模式図である。
【符号の説明】
１測位装置、２構造体、３姿勢検出器、４ＧＰＳアンテナＡ、５ＧＰＳアンテナＢ、６ＧＰＳ受信機Ａ、７ＧＰＳ受信機Ｂ、８観測信号変換機、９測位計算機、１０測位計算機、１１受信機Ａ衛星座標、１２受信機Ｂ衛星座標、１３受信機Ａ観測信号、１４受信機Ｂ観測信号、１５姿勢情報、１６受信機Ａ変換観測信号、１７受信機Ｂ変換観測信号、１８受信機Ａ測位座標、１９受信機Ｂ測位座標、２１概略測位計算機、２２概略位置決定回路、２３視線ベクタ計算機、２４変換計算機、２５概略測位出力、２６概略位置、２７衛星視線ベクタ、２８基線ベクタ、２９受信機Ｂ時計誤差、３１ＤＯＰ計算、３２ＤＯＰ計算、３３受信機選択回路、３４概略測位計算部、３５遅延回路、３６減算器、３７概略測位モード、３８距離計算機、３９精度判定器、４０選択回路、４１差分計算機、４２差分計算機、４３座標変換器、４４方向余弦計算機、４５減算器、４６加算器、４７差分計算機、４８差分計算機、４９平滑回路、５０加算器、５１減算器、５２観測信号補正量、６１受信機Ａ、６２受信機Ｂ、６３基線ベクタｘ、６４測位衛星ｊの電波面、６５測位衛星ｊと受信機Ａ間の擬似距離、６６測位衛星ｊと受信機Ｂ間の擬似距離、６７受信機間擬似距離差、６８受信機から測位衛星ｊへの視線ベクタ、６９波長λ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a positioning device that receives a signal from a positioning satellite or a device similar to a positioning satellite and performs positioning calculation, and in particular, a positioning device that detects the position and orientation of a large structure such as an automobile, a railway vehicle, and a ship. It is about.
In the following description, the term “positioning satellite” or “satellite” includes a device similar to a positioning satellite unless otherwise specified.
[0002]
[Prior art]
As a conventional positioning device for detecting the posture of a structure, for example, there is “Global Positioning System: Theory and Applications, Volume II, Chapter 19. Attitude Determination”. FIG. 7 is a schematic diagram showing the relationship between the baseline vector x between two receivers and the observation signal of the positioning satellite j in such a conventional positioning device.
[0003]
In FIG. 7, 61 is a receiver A, 62 is a receiver B, 63 is a base line vector x from the receiver A61 to the receiver B62, 64 is a radio wave surface of the positioning satellite j, 65 is between the positioning satellite j and the receiver A61. , 66 is a pseudorange between the positioning satellite j and the receiver B62, 67 is a pseudorange difference between the receivers, 68 is a line-of-sight vector s _j from the receiver to the positioning satellite j, and 69 is a wavelength λ.
[0004]
The receivers A61 and B62 measure the distance (pseudorange) between the positioning satellite j and the radio wave propagation time. Assuming that the time error (clock error) of each clock provided for each receiver used for measuring the propagation time is zero, the pseudo distance 65 between the positioning satellite j and the receiver A61, the positioning satellite j, The inter-receiver pseudo-range difference 67, which is the difference from the pseudo-range 66 between the receivers B62, is equal to the inner product of the baseline vector x63 and the line-of-sight vector s _j 68 from the receiver to the positioning satellite j.
[0005]
Here, the line-of-sight vector s _j 68 from the receiver to the positioning satellite j is defined as having a length of 1. It is possible to obtain a plurality of baseline vectors x63 by constructing simultaneous equations in which this relational expression is applied to a plurality of positioning satellites j observed simultaneously and a plurality of baseline vectors x63, and performing a convergence calculation on the simultaneous equations. is there.
[0006]
Although the clock error is assumed to be zero earlier, it is possible to incorporate a clock error variable into the simultaneous equations, and the clock error may not be zero.
When determining the direction of the baseline vector x63, if the length of the baseline vector x63 is known, the number of observation satellites can be reduced by one.
Furthermore, if the clock error between the receivers corresponding to each antenna is zero, the number of observation satellites can be further reduced by one.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional positioning apparatus detects the posture of the structure using the above-described method. In order to calculate the position of the antenna at the same time as the posture, three variables representing the position of the antenna, the receiver It is necessary to solve a total of four variables with one variable which is an error of the clock, and even when there are no other variables, it is necessary to provide a minimum of four simultaneous equations. That is, at least four observation satellites are required.
[0008]
Further, in an urban area, the arrangement of surrounding buildings and the like is complicated, which hinders the antenna from receiving radio waves from the positioning satellite j. In order to perform positioning calculation with high accuracy, it is necessary to receive radio waves from many positioning satellites with an antenna without being affected by obstacles. Since the observation conditions of the positioning satellite frequently change, it is difficult to continue stable positioning calculation.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described problem, and when a different positioning satellite can be observed with each antenna, a positioning device capable of mutually converting the observation data between the antennas is realized. With the goal. That is, the number of observation satellites of each antenna can be the sum of observation satellites observed by a plurality of antennas, and the observation conditions of the positioning satellites can be improved.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A positioning device according to the present invention is provided on a positioning object so as to be spaced apart from each other, and each antenna is observed based on a plurality of antennas that receive signals from a plurality of positioning satellites and signals received by the plurality of antennas. A receiver for obtaining an observation signal and satellite coordinate position of the positioning satellite, and a positioning calculation means for calculating the positioning coordinates of the antenna based on the observation signal and satellite coordinate position of the positioning satellite from the receiver ; If there is a specific positioning satellites that can not be observed in each of the above SL plurality of antennas, the observation signal the receiver obtained from the signal received by the antenna which can be observed with this particular positioning satellites can not observe the specific positioning satellite and a monitoring signal converting means for converting the transformed observed signals corresponding to the observed signal receiver connected to an antenna, the receiver, corresponding to the plurality of antennas double Made pieces, said positioning means, based on at least transformed observed signal converted by the observed signal conversion means corresponding to the observed signal obtained for each of the receiver and the satellite coordinates, of each receiver The positioning coordinates are calculated.
[0012]
Further, the apparatus further includes attitude detection means for detecting attitude information of the positioning object based on a rotation angle of the positioning object with respect to a predetermined coordinate axis, and the attitude detection means uses a baseline vector between the plurality of antennas as the attitude information. The observation signal conversion means is calculated by the positioning calculator and the rough positioning calculation means for calculating the rough positioning based on the plurality of satellite coordinate positions and the plurality of observation signals obtained by the plurality of receivers. Further, based on the positioning coordinates of each of the antennas and the rough positioning calculated by the rough positioning calculation means, a rough position determination means for selecting an appropriate rough position, and a rough position selected by the rough position determination means And calculating a plurality of satellite line-of-sight vectors based on the satellite coordinate positions obtained by the plurality of receivers and the attitude information by the attitude information detecting means. Conversion calculation for calculating a correction amount of the observation signal by the plurality of receivers by the line vector calculation means, the base line vector, and the satellite line-of-sight vector, and converting the observation signal into the converted observation signal based on the correction amount Means.
[0013]
The plurality of receivers include a built-in clock required for distance measurement with the positioning satellite, and the observation signal converting means includes the observation signals of the positioning satellites obtained in common by the plurality of receivers, The error of the built-in clock between each receiver is calculated by comparing the observation signal and the converted observation signal for each receiver converted based on the comparison of the converted observation signal converted by the conversion calculation means. Clock error calculation means for correcting the conversion observation signal for each receiver based on the error of the built-in clock calculated by the clock error calculation means.
[0014]
Further, the approximate positioning calculation means is configured to detect the clock error when the positioning coordinates of the antenna calculated by the positioning calculation means are not input or when the approximate position selected by the approximate position determination means is poor. Based on the error output of the built-in timepiece calculated by the calculation means, a rough positioning output as a substitute for the rough position is calculated.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an overall block diagram of a positioning device according to an embodiment of the present invention and a configuration diagram showing a structure for installing the positioning device. The configuration of the positioning device in FIG. 1 will be described below.
In FIG. 1, 1 is a positioning device, 2 is a structure to be a positioning object, 3 is an attitude detector mounted on the structure 2, 4 is a GPS antenna A, and 5 is a GPS antenna B. These GPS antennas A4 The GPS antenna B5 and the GPS antenna B5 are disposed in the structure 2 so as to be separated from each other.
[0017]
6 is a GPS receiver A corresponding to the GPS antenna A4, and 7 is a GPS receiver B corresponding to the GPS antenna B5. 8 is an observation signal converter, and 9 and 10 are positioning computers.
[0018]
The following shows signals or information: 11 is the receiver A satellite coordinates, 12 is the receiver B satellite coordinates, 13 is the receiver A observation signal, 14 is the receiver B observation signal, and 15 is attitude information. These signals or information are a set of signals or information of a plurality of positioning satellites observed simultaneously.
Further, 16 is a receiver A conversion observation signal, 17 is a receiver B conversion observation signal, 18 is a receiver A positioning coordinate, and 19 is a receiver B positioning coordinate. Similarly, the receiver A conversion observation signal 16 and the receiver B conversion observation signal 17 are a set of signals of a plurality of positioning satellites.
[0019]
Next, the operation of the positioning device having the above configuration will be described.
First, the posture detector 3 is, for example, a three-axis gyro device, detects the posture of the structure 2 at each time in three dimensions, and outputs posture information 15. For example, in the case of a three-axis gyro apparatus, the posture information 15 is expressed as a set of rotation angles around three orthogonal coordinate axes.
[0020]
GPS receiver A6 and GPS receiver B7 process the signals received by GPS antenna A4 and GPS antenna B5, respectively, calculate the coordinate positions of the positioning satellites for all the positioning satellites observed by each receiver, and receive the receiver A satellite coordinates. 11. Output as receiver B satellite coordinates 12. Also, propagation distance information between the positioning satellite and each GPS antenna is output as a receiver A observation signal 13 and a receiver B observation signal 14.
[0021]
The observation signal converter 8 receives these output signals 11 to 15, the receiver A positioning coordinate 18, and the receiver B positioning coordinate 19. Then, an observation signal of a positioning satellite that cannot be observed by both the GPS receiver A6 and the GPS receiver B7 but can be observed only by the other GPS receiver is extracted.
[0022]
For example, here, when there is a positioning satellite that can be observed only by the GPS receiver A6, the observation signal converter 8 extracts the corresponding observation signal portion from the receiver A observation signal 13 that can be observed by the GPS receiver A6. The extracted observation signal is converted into a receiver B conversion observation signal 17 and output. Similarly, when there is a positioning satellite that can be observed only by the GPS receiver B7, the observation signal converter 8 extracts the corresponding observation signal portion from the receiver B observation signal 14 that can be observed by the GPS receiver B7. The extracted observation signal is converted into a receiver A converted observation signal 16 and output.
[0023]
The positioning computer 9 includes a receiver A observation signal 13 that is an output of the GPS receiver A6, a receiver A conversion observation signal 16 that is converted by the observation signal converter 8, and a receiver A that is the output of the GPS receiver A6. Positioning calculation of the position of the GPS antenna A4 is performed based on the satellite coordinates 11 and the receiver B satellite coordinates 12 which is the output of the GPS receiver B7.
[0024]
Similarly, also in the positioning computer 10, the receiver B observation signal 14 which is the output of the GPS receiver B7, the receiver B conversion observation signal 17 converted by the observation signal converter 8, and the output of the GPS receiver B7. The position of the GPS antenna B5 is calculated based on the receiver B satellite coordinates 12 and the receiver A satellite coordinates 11 as the output of the GPS receiver A6.
[0025]
Thus, each positioning computer 9, 10 outputs the antenna coordinate position obtained from the result of the positioning calculation as a receiver A positioning coordinate 18 and a receiver B positioning coordinate 19. If the positioning computers 9 and 10 cannot perform the positioning calculation with the required accuracy, the positioning computers 9 and 10 output information indicating that the positioning calculation could not be performed by outputting coordinates that are clearly illegal, for example, the origin coordinates.
[0026]
As described above, according to the positioning device according to the present embodiment, the positioning device 1 and the structure 2 constitute the positioning satellite 1 that can receive only one of the GPS antenna A4 and the GPS antenna B5. Therefore, it is possible to prevent deterioration of the positioning environment even in an urban area where the surrounding environment is complex.
[0027]
Next, the configuration and operation of the observation signal converter 8 of the positioning device in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2 to 6 in order to describe the positioning device according to the present embodiment described above in more detail.
[0028]
FIG. 2 shows an internal block diagram of the observation signal converter 8 in the present embodiment, and the configuration will be described below.
In FIG. 2, 21 is a rough positioning computer, 22 is a rough position determination circuit, 23 is a line-of-sight vector computer, and 24 is a conversion computer. The following shows signals or information, 25 is a rough positioning output, 26 is a rough position, 27 is a satellite line-of-sight vector, 28 is a base line vector, and 29 is a receiver B clock error.
[0029]
Next, the operation of the observation signal converter 8 having the above configuration will be described.
The rough positioning calculator 21 calculates a rough positioning output 25 to be used as the rough positions of the GPS antenna A4 and the GPS antenna B5. The approximate positioning output 25 is used as an alternative when the receiver A positioning coordinates 18 and the receiver B positioning coordinates 19 are not output, or when the positioning accuracy is poor and the approximate position 26 is not effective.
[0030]
If the rough positioning computer 21 determines that the positioning calculation cannot be performed with the accuracy required by each receiver alone, the rough positioning computer 21 assumes that the GPS antenna A4 and the GPS antenna B5 are substantially at the same position, and the GPS receiver A6. And approximate position 26 is calculated using the outputs of both GPS receiver B7.
[0031]
At this time, since the receiver A observation signal 13 and the receiver B observation signal 14 observe the distance between each receiver and the positioning satellite using different clocks built in different receivers, the combination of the two is used for positioning. In order to calculate, it is necessary to compensate for clock errors between receivers. Therefore, for example, a receiver B clock error 29 is generated by converting a clock error of the built-in clock of the GPS receiver B7 based on the built-in clock of the GPS receiver A6 into an observation signal dimension by a conversion computer 24 described later in FIG. This is used for the above rough positioning calculation in the rough positioning computer 21. The operation of the rough positioning computer 21 will be described later with reference to FIG.
[0032]
The approximate position determination circuit 22 determines an appropriate approximate position 26 from the three input information of the receiver A positioning coordinate 18, the receiver B side positioning coordinate 19, and the approximate positioning output 25.
[0033]
The line-of-sight vector computer 23 also includes the approximate position 26 determined by the approximate position determination circuit 22, the attitude information 15 detected by the attitude detector 3, the receiver A satellite coordinates 11 and the receiver B satellite coordinates 12. Is used to generate a satellite line-of-sight vector 27 indicating the direction of the positioning satellite relative to each observation positioning satellite. The satellite line-of-sight vector 27 is coordinate-converted into the local coordinate system of the structure 2.
[0034]
In the local coordinate system of the structure 2, the conversion computer 24 uses the baseline vector 28 of the local coordinates of the structure 2 that indicates the GPS antenna B5 with respect to the GPS antenna A4 and the satellite line-of-sight vector 27 to determine the position of each positioning satellite. A correction amount corresponding to the observation signal is calculated, and a receiver A conversion observation signal 16 and a receiver B conversion observation signal 17 obtained by converting the receiver A observation signal 13 or the receiver B observation signal 14 based on the correction amount are output. .
[0035]
Note that the conversion computer 24 generates the receiver B clock error 29 described above from the observation signals observed simultaneously by the two GPS receivers and the attitude information 15.
[0036]
3 is a detailed block diagram of the rough positioning computer 21 in FIG. 2. In FIG. 3, 31 and 32 are DOP computers (DOP; Dilution of precision), 33 is a receiver selection circuit, and 34 is a rough positioning calculation unit. , 35 are delay circuits, and 36 is a subtractor. Reference numeral 37 denotes a rough positioning mode that is an output of the receiver selection circuit 33.
[0037]
In order to use the result of the positioning calculation performed at the previous time as the initial value of the positioning calculation, the delay circuit 35 is used. The DOP computers 31 and 32 use the coordinate position of the positioning satellite observed by each GPS receiver and the approximate position 26 obtained via the delay circuit 35 to determine the positioning caused by the geometrical arrangement of the positioning satellite. DOP, which is a value indicating the rate of accuracy degradation of the result, is calculated and output.
[0038]
The receiver selection circuit 33 generates a rough positioning mode 37 that instructs the calculation method of the rough positioning calculation unit 34 based on the output values of the DOP calculators 31 and 32. The rough positioning mode 37 serves as a selection signal for an observation signal used for the positioning calculation in the rough positioning calculation unit 34.
[0039]
For example, when both output values of the DOP calculations 31 and 32 are larger than a predetermined value, rough positioning calculation is performed using all the observation signals (both the receiver A observation signal 13 and the receiver B observation signal 14). A rough positioning mode 37 for giving an instruction is generated.
[0040]
In other cases, the smaller one of the output values of the DOP computers 31 and 32 is identified, and if the output values are equal, either one is arbitrarily selected. That is, when the output value of the DOP calculator 31 is small, a rough positioning mode 37 that gives an instruction to perform rough calculation using only the receiver A observation signal 13 by the GPS receiver A6 is generated, and the output value of the DOP calculator 32 is In the case of being small, the rough positioning mode 37 using only the receiver B observation signal 14 by the GPS receiver B7 is generated.
[0041]
As described above, the rough positioning calculation unit 34 selects an observation signal to be used for the positioning calculation in accordance with the instruction of the rough positioning mode 37, that is, the observation satellite, performs the positioning calculation based on the selected observation signal, and performs the rough positioning. Output 25 is output.
[0042]
The receiver B observation signal 14 is converted into a signal observed by the same clock as the receiver A observation signal 13 by subtracting the receiver B clock error 29 from the receiver A observation signal 13 using the subtractor 36. ing.
[0043]
FIG. 4 is a detailed block diagram of the approximate position determination circuit 22 in FIG. 2. In FIG. 4, 38 is a distance calculator, 39 is an accuracy judgment unit, and 40 is a selection circuit.
The distance calculator 38 calculates the distance between three position intervals based on the receiver A positioning coordinate 18, the receiver B positioning coordinate 19, and the approximate positioning output 25.
[0044]
The accuracy determiner 39 determines the correlation between the three information using the three distances calculated by the distance calculator 38, and selects the one with the highest accuracy from the three information. The selection circuit 40 selects and outputs one of the three pieces of information based on the output of the accuracy determiner 39.
[0045]
FIG. 5 is a detailed block diagram of the line-of-sight vector computer in FIG. 2. In FIG. 5, 41 and 42 are difference computers, and 43 is a coordinate converter.
The difference calculators 41 and 42 calculate and output an orientation vector indicating the orientation of each positioning satellite from the difference between the receiver A satellite coordinate 11, the receiver B satellite coordinate position 12, and the approximate position 26, respectively.
[0046]
This azimuth vector is the same coordinate system as the receiver A satellite coordinate 11, the receiver B satellite coordinate 12, and the approximate position 26. The origin is the center of the earth, and the x-axis is latitude = longitude = 0. It is. The coordinate conversion 43 performs coordinate conversion of all satellite vectors input using the coordinate conversion matrix calculated using the attitude information 15 in the structure 2 into the local coordinate system of the structure 2, and further calculates absolute values. Normalize to 1 and output a satellite line-of-sight vector 27 in the local coordinate system. A method for generating a coordinate transformation matrix from such posture information 15 is known.
[0047]
FIG. 6 is a detailed block diagram of the conversion computer 24 of FIG. 2 in the present embodiment, in which 44 is a direction cosine calculator, 45 is a subtractor, 46 is an adder, 47 and 48 are difference calculators, and 49 is a difference calculator. A smoothing circuit, 50 is an adder, and 51 is a subtractor. 52 is an observation signal correction amount which is an output of the direction cosine calculator 44.
[0048]
The direction cosine calculator 44 outputs the direction cosine values of the base line vector 28 and the satellite line-of-sight vector 27 indicating the GPS antenna B5 with respect to the GPS antenna A4 in the local coordinate system of the structure 2.
[0049]
Here, as can be seen from the relationship between the receiver A61, the receiver B62, the base line vector x63, and the line-of-sight vector 68 from the receiver to the positioning satellite j in FIG. When the direction cosine values of the base line vector 28 and the satellite line-of-sight vector 27 are positive values, it can be seen that the GPS antenna A4 is located farther than the GPS antenna B5 with respect to the satellite.
[0050]
As described above, the direction cosine calculator 44 outputs the observation signal correction amount 52 that is the difference value of the pseudoranges observed by the two GPS antennas. Based on the value of the observed signal correction amount 52 and the receiver B clock error 29, the receiver B converted observed signal 17 and the receiver A converted observed signal 16 are obtained from the receiver A observed signal 13 and the receiver B observed signal 14, respectively. And generate
[0051]
That is, the subtractor 45 converts all positioning satellite observation signals included in the receiver A observation signal 13 into signals observed by the GPS receiver B7. This is obtained by subtraction from the observation signal correction amount 52 of the corresponding positioning satellite. However, this alone does not correct the pseudorange error corresponding to the clock error between the receivers. The adder 50 corrects this.
[0052]
Here, the clock error is corrected using the receiver B clock error 29. Similarly, the adder 46 converts all of the positioning satellites included in the receiver B observation signal 14 into signals observed by the GPS receiver A6, and the subtractor 51 uses the receiver B clock error 29 to change the clock. Correct the error.
[0053]
The observation signal of the positioning satellite observed by both the GPS receiver A6 and the GPS receiver B7 is included in the output of the receiver A observation signal 13 and the adder 46, or the receiver B observation signal 14 and the subtractor 45. Is a signal included in the output. Since both of these signals correct the pseudo distance difference due to the influence of the posture of the structure 2, the difference between the pseudo distances is only due to the time error. Therefore, by comparing both signals, it is possible to detect an error in the observed signal caused by a clock error between the receivers.
[0054]
Next, the difference calculators 47 and 48 take the difference between these common signals to output the clock error in each sample and each positioning satellite. In general, since the clock error signal can be expected to change smoothly, an average value of the plurality of clock errors is further smoothed by the smoothing circuit 49 to generate an accurate receiver B clock error 29.
Further, by executing the processing of the smoothing circuit 49 even when the input is missing, it is possible to predict the clock error even when the same positioning satellite cannot always be observed.
[0055]
As described above, according to the positioning device shown in FIG. 1 according to the first embodiment having the configuration described in detail with reference to FIGS. 2 to 6, only one of GPS antenna A4 and GPS antenna B5 can be received. Since the positioning satellite can be converted into the observation signal of the other antenna, there is an effect of preventing the deterioration of the positioning environment even in an urban area where the surrounding environment is complex.
[0056]
In this embodiment, the case where two GPS antennas are installed has been described. However, even if the number of GPS antennas is increased, it is possible to cope with the problem by preparing a device having the same configuration for each base line. Needless to say.
[0057]
Furthermore, in the present embodiment, the case where two GPS receivers are installed has been described. However, the single GPS receiver is based on the received signal from the GPS antenna. The same effect can be obtained by a configuration in which the receiver satellite coordinate position corresponding to the received signal and the receiver observation signal are output.
[0058]
【The invention's effect】
According to the positioning device of the present invention, when there is a specific positioning satellite that cannot be observed by each of the plurality of GPS antennas, the observation signal obtained by the GPS receiver from the received signal by the GPS antenna that can observe the specific positioning satellite Is converted to an observation signal converted by a GPS antenna that can observe the specific positioning satellite and a GPS antenna that cannot be observed, and the positioning calculation means is converted by the observation signal conversion means. A positioning device that calculates the positioning coordinates of the GPS receiver based on the converted observation signal and the satellite coordinate position, so that when different positioning satellites can be observed at each antenna, the observation data can be converted between the antennas. Can be realized. That is, the number of observation satellites of each antenna can be the sum of observation satellites observed by a plurality of antennas, and the observation conditions of the positioning satellites can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall block diagram of a positioning device according to an embodiment of the present invention and a configuration diagram showing a structure for installing the positioning device.
FIG. 2 is an internal block diagram of an observation signal converter 8 in the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a detailed block diagram of a rough positioning computer 21 in the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a detailed block diagram of a schematic position determination circuit 22 according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a detailed block diagram of a line-of-sight vector computer 23 in the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a detailed block diagram of a conversion computer 24 in the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a relationship between a baseline vector x63 between two receivers and an observation signal of a positioning satellite j in a conventional positioning device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positioning device, 2 structure body, 3 attitude | position detector, 4 GPS antenna A, 5 GPS antenna B, 6 GPS receiver A, 7 GPS receiver B, 8 Observation signal converter, 9 Positioning calculator, 10 Positioning calculator, 11 Receiver A satellite coordinates, 12 Receiver B satellite coordinates, 13 Receiver A observation signal, 14 Receiver B observation signal, 15 Attitude information, 16 Receiver A conversion observation signal, 17 Receiver B conversion observation signal, 18 Receiver A positioning coordinates, 19 receiver B positioning coordinates, 21 rough positioning calculator, 22 rough positioning circuit, 23 line of sight vector calculator, 24 conversion computer, 25 rough positioning output, 26 rough positioning, 27 satellite line of sight vector, 28 base line vector, 29 Receiver B clock error, 31 DOP calculation, 32 DOP calculation, 33 Receiver selection circuit, 34 Rough positioning calculation unit, 35 Delay circuit, 36 Subtractor, 37 Rough positioning mode , 38 Distance calculator, 39 Accuracy determiner, 40 Selection circuit, 41 Difference calculator, 42 Difference calculator, 43 Coordinate converter, 44 Direction cosine calculator, 45 Subtractor, 46 Adder, 47 Difference calculator, 48 Difference calculator, 49 Smoothing Circuit, 50 Adder, 51 Subtractor, 52 Observed signal correction amount, 61 Receiver A, 62 Receiver B, 63 Base line vector x, 64 Radio wave surface of positioning satellite j, 65 Simulation between positioning satellite j and receiver A Distance, 66 Pseudo-range between positioning satellite j and receiver B, 67 Pseudo-range difference between receivers, 68 Line-of-sight vector from receiver to positioning satellite j, 69 Wavelength λ.

Claims

A plurality of antennas provided on the positioning object so as to be spaced apart from each other and receiving signals from a plurality of positioning satellites;
A receiver for obtaining observation signals and satellite coordinate positions of the positioning satellites observed by each antenna based on reception signals from the plurality of antennas;
Positioning calculation means for calculating positioning coordinates of the antenna based on observation signals and satellite coordinate positions of the positioning satellites from the receiver ;
If there is a specific positioning satellites that can not be observed in each of the above SL plurality of antennas, the observation signal the receiver obtained from the signal received by the antenna which can be observed with this particular positioning satellites can not observe the specific positioning satellite Observation signal conversion means for converting into a conversion observation signal corresponding to the observation signal of the receiver connected to the antenna,
The receiver is composed of a plurality corresponding to the plurality of antennas,
The positioning calculation means calculates the positioning coordinates of each receiver based on the converted observation signal converted by the observation signal conversion means corresponding to at least the observation signal obtained for each receiver and the satellite coordinate position. A positioning device characterized by that.

The positioning device according to claim 1 ,
Posture detecting means for detecting posture information of the positioning object based on a rotation angle of the positioning object with respect to a predetermined coordinate axis;
The posture detection means detects a baseline vector between the plurality of antennas as the posture information,
The observation signal converting means is
Rough positioning calculation means for calculating a rough positioning based on a plurality of satellite coordinate positions and a plurality of observation signals obtained by the plurality of receivers;
An approximate position determining means for selecting an appropriate approximate position based on the positioning coordinates of each antenna calculated by the positioning calculator and the approximate positioning calculated by the approximate positioning calculating means;
A line-of-sight vector for calculating a plurality of satellite line-of-sight vectors based on the approximate position selected by the approximate position determining means, the satellite coordinate positions obtained by the plurality of receivers, and the attitude information by the attitude information detecting means. Calculation means;
Conversion calculation means for calculating a correction amount of the observation signal by the plurality of receivers based on the baseline vector and the satellite line-of-sight vector, and converting the observation signal into the converted observation signal based on the correction amount; A positioning device characterized by.

The positioning device according to claim 2 ,
The plurality of receivers include a built-in clock required for distance measurement with the positioning satellite,
The observation signal conversion means is a conversion based on a comparison between the observation signal of the positioning satellite obtained in common by the plurality of receivers and the converted observation signal converted by the conversion calculation means. A clock error calculation means for calculating the error of the built-in clock between the receivers by comparing with the conversion observation signal for each receiver is provided. Based on the error of the built-in clock calculated by the clock error calculation means And correcting a conversion observation signal for each receiver.

The positioning device according to claim 3 ,
The approximate positioning calculating means is the time error calculating means when there is no input of the positioning coordinates of the antenna calculated by the positioning calculating means or when the approximate position selected by the approximate position determining means is poor. A positioning device that calculates a rough positioning output as a substitute for the rough position based on the error output of the built-in timepiece calculated by the above.