JP4146877B2 - 単独測位装置および単独測位方法 - Google Patents

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Description

本発明は、測位用信号を用いて受信機の単独測位を行う単独測位装置および単独測位方法に関するものである。
従来、測位衛星から送信される測位用信号を用いて単独測位を行う装置が各種開示されている。これらの装置による基本測位演算は、コード擬似距離を用いて、受信機の3次元の位置(誤差)と受信機の時計誤差とを未知数とした非線形連立方程式にニュートン法や拡張カルマンフィルタを適用することで求めるものであった。この際、電離層遅延による誤差や対流圏遅延による誤差の影響を除去する方法が各種考案されている。その1つとして、これらの遅延による影響を初期状態から「0」に設定する方法があり、またその1つとして、1重位相差等の演算処理を行ってこれらの遅延量を推定する方法があった。
日本測地学会編著,「新訂版GPS−人工衛星による精密測位システム−」,社団法人日本測量協会,1989年11月15日,p.121−140
ところが、従来のコード擬似距離のみを用いた単独測位装置および単独測位方法では、現実に存在する電離層遅延や対流圏遅延を無視したり、あるいは十分な精度で求めずして推定演算を行っていた。このため、測位の推定値のばらつきが大きく、高精度な測位を行うことができなかった。また、コード擬似距離を用いるとともに、電離層遅延情報や対流圏遅延情報を用いて1重位相差処理等を行う場合、前述のコード擬似距離のみを用いる場合よりも推定精度は向上するものの、推定演算内の1重位相差処理を行う等、推定演算処理が複雑になったり、1重位相差処理を行った後のノイズの設定により大きく推定演算結果が異なったりする。このため、推定演算の処理内容が複雑なわりには、推定演算結果の精度の向上性が悪く、さらに推定演算処理速度が遅くなる可能性があった。
したがって、この発明の目的は、推定演算処理を複雑にすることなく確実に高精度測位を実現することができる単独測位装置および単独測位方法を提供することにある。
この発明は、複数の測位衛星から送信される測位用信号を用いて得られる複数の測位衛星のそれぞれと受信機との距離から該受信機の位置を測位する単独測位装置において、
測位用信号に含まれる航法メッセージまたはオフライン処理により予め推定された値から測位衛星の軌道情報および衛星時計誤差を観測する衛星情報検出手段と、電離層遅延量情報を取得する電離層遅延情報取得手段と、対流圏遅延量情報を取得する対流圏遅延情報取得手段と、受信機位置を過去の受信機位置推定結果および測位衛星の軌道情報を用いて線形近似化し、未知数である線形近似された受信機位置、整数値バイアス、受信機時計誤差、衛星時計誤差、電離層遅延量、および対流圏遅延量を説明変数とし、観測値であるキャリア位相、コード擬似距離、衛星時計誤差、電離層遅延量情報、および対流圏遅延量情報を目的変数とする回帰方程式を構成し、該回帰方程式にパラメータ推定アルゴリズムを適用することで、少なくとも受信機位置を推定演算する測位演算手段と、を備えたことを特徴としている。
また、この発明は、複数の測位衛星から送信される測位用信号を用いて得られる複数の測位衛星のそれぞれと受信機との距離から該受信機の位置を測位する単独測位方法であって、
測位用信号に含まれる航法メッセージまたはオフライン処理により予め推定された値から測位衛星の軌道情報および衛星時計誤差を観測し、電離層遅延量情報、および対流圏遅延量情報を取得する対流圏遅延情報取得し、過去の受信機位置推定結果および測位衛星の軌道情報を用いて受信機位置を線形近似化し、未知数である線形近似された受信機位置、整数値バイアス、受信機時計誤差、衛星時計誤差、電離層遅延量、および対流圏遅延量を説明変数とし、観測値であるキャリア位相、コード擬似距離、衛星時計誤差、電離層遅延量情報、および対流圏遅延量情報を目的変数とする回帰方程式を構成し、
該回帰方程式にパラメータ推定アルゴリズムを適用することで、少なくとも受信機位置を推定演算することを特徴としている。
これらの構成では、搬送波毎で測位衛星毎のキャリア位相、PNコード毎で測位衛星毎のコード擬似距離、測位衛星毎の衛星軌道情報、時計誤差、電離層遅延情報、対流圏遅延情報、を観測値とし、受信機の3次元位置、受信機の時計誤差、搬送波毎で測位衛星毎の整数値バイアスを未知数する。そして、各観測値を用いて目的変数を形成し、各未知数を用いて説明変数を形成することで回帰方程式が構成される。この際、受信機位置は、過去の受信機位置推定結果および測位衛星の軌道情報を用いて線形近似される。そして、この回帰方程式に最小二乗法等のパラメータ推定アルゴリズムを適用することで、少なくとも受信機位置を含む未知数が推定演算される。
また、この発明の単独測位装置および単独測位方法は、整数値バイアス推定法を用いて整数値バイアスをフィックスして受信機位置を推定演算することを特徴としている。
この構成では、搬送波の整数値バイアスに対してLAMBDA法等の整数値バイアス推定法を適用することで、整数値バイアスが整数値としてフィックスされる。このフィックスされた整数値バイアスを回帰方程式に既知数として代入することで、回帰方程式内の未知数の数が減少し、推定精度が向上する。
また、この発明の単独測位装置および単独測位方法は、複数エポックで取得したキャリア位相、コード擬似距離、受信機時計誤差、衛星軌道情報、衛星時計誤差、電離層遅延量情報、および、対流圏遅延量情報を一時記憶手段で記憶し、測位演算手段で取得した複数エポックの各情報を用いて回帰方程式を構成することを特徴としている。
この構成では、複数エポックに亘る各情報を得ることで、観測値の数と未知数の数とが増加するが、観測値の数の増加の方が多いので、回帰方程式の未知数を推定がより容易になる。
また、この発明の単独測位装置および単独測位方法は、測位演算手段で、回帰方程式に状態推定アルゴリズムを適用することを特徴としている。
この構成では、前述の回帰方程式にカルマンフィルタや非線形フィルタ等の状態推定アルゴリズムを適用することで、移動する受信機位置の推定が可能となる。
また、この発明の単独測位装置および単独測位方法は、測位演算手段で、衛星軌道情報を目的変数に含み、衛星軌道誤差を説明変数に含む回帰方程式を用いて、測位衛星位置を推定演算することを特徴としている。
この構成では、測位衛星位置に対応する衛星軌道誤差を未知数として説明変数に加えることで、回帰方程式から測位衛星位置が推定演算される。
この発明によれば、電離層遅延量情報、対流圏遅延量情報、衛星軌道情報、衛星時計誤差を観測値として用い、且つキャリア位相およびコード擬似距離も観測値として用いて、受信機位置、整数値バイアスを未知数とする回帰方程式に適用することで、受信機位置および整数値バイアスの推定精度が向上する。これにより、1つの回帰方程式のみを用いるという簡素な演算で、受信機の単独測位を高精度に行うことができる。
また、この発明によれば、LAMBDA法等の整数値バイアス推定法を用いることで、より高精度に単独測位を行うことができる。
また、この発明によれば、複数エポックに亘る観測値を用いることで必要な観測衛星数を少なくして、高精度な単独測位を行うことができる。
また、この発明によれば、前述の線形回帰方程式にカルマンフィルタ等の状態推定アルゴリズムを適用することで、移動する受信機の位置を高精度に測位することができる。
また、この発明によれば、衛星軌道情報を観測値とし、衛星軌道誤差を未知数として推定演算することで、受信機と測位衛星との間の距離をより高精度に測位することができる。これにより、受信機位置をより高精度に測位することができる。
本発明の実施形態に係る単独測位装置について図を参照して説明する。なお、以下の説明では、GPSについて説明するが、他の全てのGNSS(全地球的航法衛星システム)に適用することができる。
図1は本実施形態の単独測位装置の概略構成を示すブロック図である。
また、図2は本実施形態の単独測位装置とGPS受信機とからなる単独測位システムの処理フローを示すフローチャートである。
図1に示すように、単独測位装置10は、GPS受信機30に接続し、航法メッセージ解析部11、衛星情報処理部12、および測位演算部13を備える。
GPS受信機30はアンテナ20に接続し、アンテナ20で受信したGPS衛星(測位衛星)からのGPS信号(測位用信号)より、既知の方法でL1波およびL2波のキャリア位相、C/AコードおよびP(Y)コードのコード擬似距離(擬似距離)を取得するともに、L1波に重畳された航法メッセージを取得する(s1→s2)。そして、GPS受信機30は航法メッセージを航法メッセージ解析部11に出力する。また、GPS受信機30はキャリア位相およびコード擬似距離を測位演算部13に出力する。
航法メッセージ解析部11は、入力された航法メッセージを解析して、電離層遅延量情報、各GPS衛星の時計誤差、軌道情報を取得する。また、方法メッセージ解析部11は、数式モデルを用いて対流圏遅延量情報を取得する。そして、航法メッセージ解析部11は取得した各情報を衛星情報処理部12に出力する。
衛星情報処理部12は、GPS衛星のエフェメリス情報を用いて測位に用いるGPS衛星を選定して、選定したGPS衛星に関する衛星軌道情報、衛星時計誤差情報、電離層遅延量情報、および対流圏量遅延情報を測位演算部13に出力する。
測位演算部13は、入力された各観測値、すなわち、選定された各GPS衛星に対するL1波のキャリア位相、L2波のキャリア位相、C/Aコードによるコード擬似距離、P(Y)コードのコード擬似距離、各GPS衛星の衛星軌道情報、各GPS衛星の衛星時計誤差情報、電離層遅延量情報、対流圏遅延量情報を用いて、後述する線形回帰方程式を形成する。そして、測位演算部13は、この線形回帰方程式にパラメータ推定アルゴリズムである最小二乗法を適用させて、L1、L2波に対する整数値バイアスNL1,NL2と受信機の位置とを推定演算する(s4)。この演算は推定値の変化が予め設定された所定の閾値以下になるまで繰り返し行われ、推定値の変化が所定閾値に達した時点での受信機位置の推定演算結果が測位結果として出力される。
ここで、航法メッセージ解析部11、衛星情報処理部12、測位演算部13は、それぞれ、以下に示すアルゴリズムを実現するマイクロプロセッサ等の数値演算処理器からなる。そして、これらの部分は複数の数値演算処理器により形成してもよく、1つの数値演算処理器により形成してもよい。
次に、前述の整数値バイアスNL1,NL2および受信機位置uの推定演算アルゴリズムについて詳述する。
一般に、受信機u、GPS衛星pに対するキャリア位相φp L,uの観測方程式は式(1)で表すことができ、コード擬似距離(擬似距離)ρp c,uの観測方程式は式(2)で表される。ここで、マルチパス誤差は微少として無視する。
ここで、λLはL波の波長を示し、rp u(t,t−τp u)は時刻tでの受信機uと時刻(t−τp u)でのGPS衛星との距離を示す。δIp u(t)はL1波の電離層遅延量を示し、δTp u(t)はL1波、L2波の対流圏量遅延を示す。δtu(t)は真の時刻tでの受信機uの時計誤差を示し、δtp(t−τp u)は時刻(t−τp u)でのGPS衛星pの時計誤差を示す。Np L,uはL波における受信機uとGPS衛星pとの間の整数値バイアスを示し、εp L,u(t),ep c,u(t)はそれぞれ観測雑音を示す。
したがって、L1波におけるキャリア位相φp L1,uの観測方程式は式(3)となり、L2波におけるキャリア位相φp L2,uの観測方程式は式(4)となる。
ここで、fL1はL1波の周波数、fL2はL2の周波数を示す。
さらに、Φp L1,u,Φp L2,uをそれぞれ次式(3’),(4’)により定義する。
また、C/Aコードによるコード擬似距離ρp CA,uの観測方程式は式(5)となり、Pコードによるコード擬似距離ρp P,uの観測方程式は式(6)となる。
ところで、受信機とGPS衛星との距離rp u(t,t−τp u)は、式(7)で表すことができる。
次に、未知数である受信機位置u(t)≡[xu(t),yu(t),zu(t)]Tを先験的な推定受信機位置u(j)(t)≡[xu (j)(t),yu (j)(t),zu (j)(t)]Tのまわりで1次のティラー級数展開を行い、rp u(t)を線形近似すると次式を得られる。
この式(9)により、式(3’)、(4’)、(5)、(6)は、次式(10)〜(13)で表される。
ここで、Φep,(j) L1,u,Φep,(j) L2,u,ρep,(j) L1,u,ρep,(j) L2,u、を式(14)〜(17)で定義する。
これにより、式(10)〜(13)は次式(18)〜(21)となる。
これは、すなわち、キャリア位相、コード擬似距離を目的変数とし、受信機の位置、電離層遅延量、対流圏遅延量、整数値バイアス、誤差要因を説明変数とする近似的な線形回帰方程式に相当する。
ここで、G(j)を式(22)で定義する。
なお、G(j) uは式(23)で表される。
また、Φep,(j) L1,u,Φep,(j) L2,u,ρep,(j) L1,u,ρep,(j) L2,u、を行列式で表す。
この式を用いることで、式(18)〜式(21)はベクトル行列からなる次式で表される。
もしくは、
ところで、前述のように、航法メッセージにはGPS衛星毎の時計誤差情報が含まれており、航法メッセージ解析部11でGPS衛星毎の時計誤差情報が取得されている。この衛星時計誤差の観測値δtepは次式で表され、前述の回帰方程式に加えることができる。
また、航法メッセージから得られるGPS衛星の情報からGPS衛星毎の電離層遅延量および対流圏遅延量をそれぞれ電離層遅延モデルおよび対流圏遅延モデルを用いて取得することができる。これにより、電離層遅延量の観測値δIeuとし、対流圏遅延量の観測値δTeuはそれぞれ次式で表され、前述の回帰方程式に加えることができる。
この結果、観測値であるキャリア位相、コード擬似距離、衛星時計誤差、電離層遅延量、対流圏遅延量を目的変数とし、整数値バイアス、受信機位置を説明変数として含む線形回帰方程式が実現される。
すなわち、式(26)に示した回帰方程式は、次式に置き換えられる。
ここで、υuEの共分散行列をRは式(35)で表される。
従って、θ(j+1)の推定値θe(j+1)は、式(36)となる。
また、推定値θe(j+1)の分散値は、式(37)となる。
この式(36)に基づいて、最小二乗法を用いて繰り返し推定演算を行うことで、θを構成する未知数を収束させて各値を取得する。この際、説明変数ベクトルθを構成する未知数の収束条件は、未知数の推定値の繰り返し演算での変化量が、予め設定した閾値以下に達した時点である。そして、この条件下で説明変数ベクトルθの構成要素の値を確定させる。このような演算を行うことで、整数値バイアスNL1,NL2や受信機位置uを推定することができる。
このように、本実施形態の構成を用いることで、1重位相差等の処理を行うことなく整数値バイアスNL1,NL2や受信機位置uの推定演算、すなわち単独測位を行うことができる。これにより、従来例より簡素なアルゴリズムで単独測位を行うことができ、且つ単独測位の演算処理速度を向上することが可能になる。
ところで、このような推定演算を用いる場合、未知パラメータはθuの各要素であり、式(31)に示す回帰方程式内の未知パラメータ数は、受信機位置のuが3個、受信機時計誤差δtuが1個、GPS衛星の時計誤差δtpがns個(GPS衛星数)、電離層遅延δIがns個、対流圏遅延δTがns個、L1波整数値バイアスNL1がns個、L2波整数値バイアスNL2がns個、の合計4+5ns個となる。一方で、観測値は、L1波のキャリア位相Φe(j) L1,u、L2波のキャリア位相Φe(j) L2,u、CAコード擬似距離ρe(j) CA,u、Pコード擬似距離ρe(j) CA,u、GPS衛星の時計誤差δtep、電離層遅延δIe、対流圏遅延δTeがそれぞれ測位可能なGPS衛星数に相当するnsであり、合計7ns個となる。
従って、この回帰方程式で前記未知数の解を確定する成立条件は、次式となる。
4+5ns≦7ns
これはns≧2を意味する。すなわち、少なくとも2つのGPS衛星からの測位用信号を受信すれば受信機の単独測位が可能となる。しかしながら、この回帰方程式を最小二乗法で解く場合、式(33)でのH(j) Eの逆行列が必要となる。ところが、測位衛星数nsが2の場合には前記行列が特異行列となり、nsが3の場合には前記行列が特異となる可能性が非常に高くなり、逆行列が存在せず現実的に演算できない。
また、前述の実施形態では、Pコードを用いて推定演算を行ったが、P(Y)コードは秘匿コードであるため、コード擬似距離の観測は事実上難しい。この場合、観測値が1種類(ns個)減少するので回帰方程式の成立条件は次式となる。
4+5ns≦6ns
これはns≧4を意味し、実質的に少なくとも4つの測位衛星からの測位用信号を受信すれば受信機の単独測位が可能となる。すなわち、少なくとも4つの測位衛星からの測位用信号を受信できれば、前述の単独測位は可能となる。
次に、本実施形態の単独測位方法を用いた場合のシミュレーション結果について説明する。なお、このシミュレーション結果は、Pコードを用いずに推定演算を行ったものである。
図3は本実施形態の単独測位方法を用いた場合の受信機位置(経度、緯度)を示した図である。図4は本実施形態の単独測位方法を用いた場合の受信機位置(楕円体高)を示した図である。
図3、図4において、円形プロットは本実施形態の単独測位結果101を示す。四角形プロットは従来のコード擬似距離のみを用いた単独測位結果102を示す。三角形プロットは従来のコード擬似距離、電離層遅延量、対流圏遅延量、および衛星時計誤差を用いた単独測位結果103を示す。また、図3におけるアスタリスクマーキング点および図4における実線は相対測位結果を示す。
また、表1は本実施形態の単独測位方法による受信機位置(経度、緯度、楕円体高)の平均および標準偏差を示す。表2は、従来のコード擬似距離のみを用いた単独測位方法による受信機位置(経度、緯度、楕円体高)の平均および標準偏差を示す。表3は、従来のコード擬似距離、電離層遅延量、対流圏遅延量、衛星時計誤差を用いた単独測位方法による受信機位置(経度、緯度、楕円体高)の平均および標準偏差を示す。
なお、このシミュレーションでは、受信機位置の初期値として、RINEXデータの”APPROX POSITION XYZ”に記載された座標を用いた。また、電離層遅延量は、航法メッセージに含まれる電離層遅延に関するデータから、いわゆる放送モデル(Klobucharモデル)を適用して算出した値を用い、対流圏遅延量は、航法データから計算される測位衛星の仰角情報から次式を適用して算出した値を用いている。
ここで、ξは仰角である。
さらに、観測誤差の分散は、それぞれ、コード擬似距離が1.5[m](1σ)で、キャリア位相が(波長λ/10)+(1.5/10)[m](1σ)で、衛星時計誤差が3.6[m](1σ)で、電離層遅延が7.0[m](1σ)で、対流圏遅延が0.7[m](1σ)でそれぞれ設定されている。また、このシミュレーションは、最小二乗法による繰り返し演算での、受信機位置の推定値の変化のノルム値が1×10-3[m]以下になるまで計算を繰り返した。
これらの結果に示すように、本実施形態の単独測位方法を用いることにより、高精度に受信機位置を測位することができる。
以上のように、本実施形態の単独測位装置および単独測位方法を用いることにより、従来よりも簡素な演算処理で高精度に受信機の単独測位を行うことができる。
なお、前述の最小二乗法による推定演算時に、式(37)より得られる分散値を用いて、LAMBDA法を適用することで、整数値バイアスNL1,NL2をフィックスして、さらに高精度の受信機位置を測位することができる。
また、前述の説明では、1エポックの観測値を用いて単独測位を行う方法を示したが複数エポックの観測値を用いても単独測位を行うことができる。この際、単独測位装置には、複数エポックのキャリア位相、コード擬似距離、測位衛星の衛星軌道情報、衛星時計誤差、電離層遅延量情報、および対流圏遅延量情報を記憶するメモリ(本発明の「一時記憶手段」に相当する。)を備える。
このような場合、例えば、C/Aコードのみを使用した場合、Kエポックで取得できる観測値は、次式で表される。
6ns×K=6Kns
一方、観測エポックが複数となるキネマティック測位では、整数値バイアスNL1,NL2を除く各未知数(未知パラメータ)がエポック数に応じて増加するので、未知数の数は、次式で表される。
4+5ns+(K−1)(4+3ns)=4K+(3K+2)ns
したがって、回帰方程式を最小二乗法により解くことができる必要条件は、次式となる。
6Kns≧4K+(3K+2)ns
(3K−2)ns≧4K
すなわち、
s≧4K/(3K−2)
そして、エポック数Kを2→∞の場合、nsの取り得る整数値を計算すると、GPS衛星数nsは次式の値となる。
s≧2
これにより、観測エポック数を増加させることにより、観測するGPS衛星数を最低2個として測位を行なうことができる。
ここで、このようなキネマティック測位において、カルマンフィルタを適用することで、より高精度な測位が可能となる。以下に、カルマンフィルタを適用した場合の測位アルゴリズムについて説明する。
まず、式(31)より、エポック数に対応する観測時間tを要素として表現し直すと、
これを、ベクトル行列表示すると、式(39)になる。
ここでcδtp,δIu,δTuをそれぞれ式(40a),(40b),(40c)とする。
これらを式(39)の回帰方程式に代入し、さらに、次式に示す定義を行う。
この結果、新たな回帰方程式は、式(45)で表される。
ここで、未知の受信機位置u(t)の速度に対するマルコフ過程モデルを仮定し、かつ、受信機の時計誤差cδtu(t)に対してマルコフ過程モデルを仮定できるものとし、速度ベクトルをv(t)とおき、受信機の新たな状態ベクトルηu(t)を次式で定義する。
そして、この状態ベクトルηu(t)について次の状態方程式を構成する。
この際、式(45)の観測方程式は、次式で表すことができる。
この観測方程式をベクトル表示すると、式(49)となる。
これは、すなわち、式(47)、式(48)(式(49))からなるカルマンフィルタを意味する。この際、観測誤差υu,R(t)の共分散行列Rは、式(35)と同様に求めることができる。そして、これら状態方程式(47)、観測方程式(48)、を用いることにより移動する受信機位置を推定演算することができる。
このような構成とすることで、受信機位置が移動してもカルマンフィルタにより受信機の移動を推定しながら、受信機位置を高精度に測位することができる。
ところで、前述の説明では、GPS衛星の位置を推定演算しなかったが、次に示す方法(アルゴリズム)を用いることにより、GPS衛星の位置を推定演算することができる。
式(7)に示すように、受信機とGPS衛星との距離を定義し、受信機とともにGPS衛星の位置を推定演算する場合、受信機位置に関する線形近似式は、前述のように表される。
測位衛星位置に関する線形近似式は、次式で表される。
そして、sp≡[xp,yp,zp]Tと定義すると次式の関係が成り立つ。
したがって、u,spの推定値は、それぞれu(j),sepと1次ティラー級数展開とを用いて次式で近似される。
したがって、式(10)から式(13)は、それぞれ次式で表される。
ここで、Φep,(j) L1,u,Φep,(j) L2,u,ρep,(j) L1,u,ρep,(j) L2,u、をそれぞれ式(55)〜(58)で定義する。
これにより、式(51)〜(54)は次式(59)〜(62)となる。
ここで、Φep,(j) L1,u,Φep,(j) L2,u,ρep,(j) L1,u,ρep,(j) L2,u、をそれぞれ次式で定義する。
これにより、式(59)〜式(62)はベクトル行列からなる次式で表される。
また、精密軌道衛星に関する観測値ベクトルskを次式で表す。
これを式(63)に適用すると式(64)となる。
このような回帰方程式を用いることで、GPS衛星の位置についても推定演算することができる。そして、GPS衛星位置の推定位置精度が向上することで、受信機位置の推定位置をより高精度に推定することができる。
さらに、以下のアルゴズムを用いることで、このような場合でもカルマンフィルタを適用することができる。
すなわち、s,cδtp,δIu,δTuをそれぞれ式(65a)〜(65d)で定義する。
これらの関係を用い、式(64)の回帰方程式に代入し、さらに
次に示す定義を行う。
この結果、新たな回帰方程式は、式(70)で表される。
そして、この観測方程式に対して前述のように状態方程式を定義することで、カルマンフィルタを構成することができる。
なお、前述の実施形態では、線形回帰方程式に最小二乗法を適用した例を示したが、他のパラメータ推定アルゴリズムを用いてもよい。
また、前述の実施形態では、受信機位置の線形近似に1次のティラー級数展開を用いたが、他の線形化演算を用いてもよい。
また、前述の実施形態では、LAMBDA法を利用する例を示したが、他の整数値バイアス推定方法を用いてもよい。
また、前述の実施形態では、カルマンフィルタを適用する例を示したが、他の状態推定アルゴリズムを用いてもよい。
本発明の実施形態の単独測位装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態の単独測位装置とGPS受信機とからなる単独測位システムの処理フローを示すフローチャートである。 本発明の実施形態の単独測位方法を用いた場合の受信機位置(経度、緯度)を示した図である。 本発明の実施形態の単独測位方法を用いた場合の受信機位置(楕円体高)を示した図である。
符号の説明
10−単独測位装置
11−航法メッセージ解析部
12−衛星情報処理部
13−測位演算部
20−GPSアンテナ
30−GPS受信機

Claims (12)

  1. 複数の測位衛星から送信される測位用信号を用いて得られる前記複数の測位衛星のそれぞれと受信機との距離から該受信機の位置を測位する単独測位装置において、
    前記測位用信号に含まれる航法メッセージまたはオフライン処理により予め推定された値から前記測位衛星の軌道情報および衛星時計誤差を観測する衛星情報検出手段と、
    電離層遅延量情報を取得する電離層遅延情報取得手段と、
    対流圏遅延量情報を取得する対流圏遅延情報取得手段と、
    受信機位置を過去の受信機位置推定結果および前記測位衛星の軌道情報を用いて線形近似化し、
    未知数である線形近似された受信機位置、整数値バイアス、受信機時計誤差、衛星時計誤差、電離層遅延量、および対流圏遅延量を説明変数とし、観測値であるキャリア位相、コード擬似距離、衛星時計誤差、電離層遅延量情報、および対流圏遅延量情報を目的変数とする回帰方程式を構成し、該回帰方程式にパラメータ推定アルゴリズムを適用することで、少なくとも受信機位置を推定演算する測位演算手段と、
    を備えたことを特徴とする単独測位装置。
  2. 前記測位演算手段は、整数値バイアス推定法を用いて前記整数値バイアスをフィックスして、前記受信機位置を推定演算する請求項1に記載の単独測位装置。
  3. 複数エポックで取得した前記キャリア位相、前記コード擬似距離、前記受信機時計誤差、前記衛星軌道情報、前記衛星時計誤差、前記電離層遅延量情報、および、前記対流圏遅延量情報を記憶する一時記憶手段を備え、
    前記測位演算手段は、取得した前記複数エポックの各情報を用いて、前記回帰方程式を構成する請求項1または請求項2に記載の単独測位装置。
  4. 前記測位演算手段は、前記回帰方程式に状態推定アルゴリズムを適用する請求項1〜3のいずれかに記載の単独測位装置。
  5. 前記測位演算手段は、前記衛星軌道情報を目的変数に含み、前記衛星軌道情報に対応する衛星軌道誤差を説明変数に含む前記回帰方程式を用いて、測位衛星位置を推定演算する請求項1〜4のいずれかに記載の単独測位装置。
  6. 複数の測位衛星から送信される測位用信号を用いて得られる前記複数の測位衛星のそれぞれと受信機との距離から該受信機の位置を測位する単独測位方法であって、
    前記測位用信号に含まれる航法メッセージまたはオフライン処理により予め推定された値から前記測位衛星の軌道情報および衛星時計誤差を観測し、
    電離層遅延量情報、および対流圏遅延量情報を取得する対流圏遅延情報取得し、
    過去の受信機位置推定結果および前記測位衛星の軌道情報を用いて受信機位置を線形近似化し、
    未知数である線形近似された受信機位置、整数値バイアス、受信機時計誤差、衛星時計誤差、電離層遅延量、および対流圏遅延量を説明変数とし、観測値であるキャリア位相、コード擬似距離、衛星時計誤差、電離層遅延量情報、および対流圏遅延量情報を目的変数とする回帰方程式を構成し、
    該回帰方程式にパラメータ推定アルゴリズムを適用することで、少なくとも受信機位置を推定演算する、
    ことを特徴とする単独測位方法。
  7. 整数値バイアス推定法を用いて前記整数値バイアスをフィックスして、前記受信機位置を推定演算する請求項6に記載の単独測位方法。
  8. 複数エポックで取得した前記キャリア位相、前記コード擬似距離、前記受信機時計誤差、前記衛星軌道情報、前記衛星時計誤差、前記電離層遅延量情報、および、前記対流圏遅延量情報を一時記憶し、
    取得した前記複数エポックの各情報を用いて、前記回帰方程式を構成する請求項6または請求項7に記載の単独測位方法。
  9. 前記回帰方程式に状態推定アルゴリズムを適用する請求項6〜8のいずれかに記載の単独測位方法。
  10. 前記衛星軌道情報を目的変数に含み、前記衛星軌道情報に対応する衛星軌道誤差を説明変数に含む前記回帰方程式を用いて、測位衛星位置を推定演算する請求項6〜9のいずれかに記載の単独測位方法。
  11. 複数の測位衛星から送信される測位用信号を用いて得られる前記複数の測位衛星のそれぞれと受信機との距離から該受信機の位置を測位する単独測位装置において、
    前記測位用信号に含まれる航法メッセージまたはオフライン処理により予め推定された値から前記測位衛星の軌道情報および衛星時計誤差を観測する衛星情報検出手段と、
    電離層遅延量情報を取得する電離層遅延情報取得手段と、
    対流圏遅延量情報を取得する対流圏遅延情報取得手段と、
    過去の受信機位置推定結果および前記測位衛星の軌道情報を用いて、前記受信機と前記測位衛星との距離を推定受信機位置の周りで一次ティラー級数展開により線形近似することで、前記受信機位置を線形近似化して設定し、
    未知数である受信機位置、整数値バイアス、受信機時計誤差、衛星時計誤差、電離層遅延量、および対流圏遅延量を説明変数とし、
    観測値であるキャリア位相、コード擬似距離、衛星時計誤差、電離層遅延量情報、および対流圏遅延量情報を目的変数とし、
    前記一次ティラー級数展開で得られる前記距離の線形近似値を受信機位置の各座標で偏微分してなる係数を演算行列要素として用いることで、回帰方程式を構成し、
    該回帰方程式にパラメータ推定アルゴリズムを適用することで、少なくとも受信機位置を推定演算する測位演算手段と、
    を備えたことを特徴とする単独測位装置。
  12. 複数の測位衛星から送信される測位用信号を用いて得られる前記複数の測位衛星のそれぞれと受信機との距離から該受信機の位置を測位する単独測位方法であって、
    前記測位用信号に含まれる航法メッセージまたはオフライン処理により予め推定された値から前記測位衛星の軌道情報および衛星時計誤差を観測し、
    電離層遅延量情報、および対流圏遅延量情報を取得する対流圏遅延情報取得し、
    過去の受信機位置推定結果および前記測位衛星の軌道情報を用いて、前記受信機と前記測位衛星との距離を推定受信機位置の周りで一次ティラー級数展開により線形近似することで、前記受信機位置を線形近似化して設定し、
    未知数である受信機位置、整数値バイアス、受信機時計誤差、衛星時計誤差、電離層遅延量、および対流圏遅延量を説明変数とし、
    観測値であるキャリア位相、コード擬似距離、衛星時計誤差、電離層遅延量情報、および対流圏遅延量情報を目的変数とし、
    前記一次ティラー級数展開で得られる前記距離の線形近似値を受信機位置の各座標で偏微分してなる係数を演算行列要素として用いることで、回帰方程式を構成し、
    該回帰方程式にパラメータ推定アルゴリズムを適用することで、少なくとも受信機位置を推定演算する、
    ことを特徴とする単独測位方法。
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