JP4977053B2 - Ionospheric electron density distribution estimation system and positioning system - Google Patents
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Description
本発明は、電離層電子密度分布推定システム及び測位システムに関し、特に、複数周波数キャリア位相による総電子数推定および測位用擬似距離補正の技術に関する。 The present invention relates to an ionospheric electron density distribution estimation system and a positioning system, and more particularly to a technique for estimating the total number of electrons based on a plurality of frequency carrier phases and correcting a pseudorange for positioning.
GPS(Global Positioning System)、Galileoまたは準天頂衛星システム(QZSS:Quasi Zenith Satellites System;準天頂衛星システム)などの衛星から放送される複数周波数信号の擬似距離差は、電波の伝搬経路上の電子数に関係していることが知られている。電波の伝搬経路上の総電子数(電離層通過に伴う伝搬遅延量)を推定する場合、複数周波数信号の送信・受信時刻による擬似距離(コード距離)差を使用する方法、および、複数周波数のキャリア位相擬似距離(フェーズ距離)の差を利用する方法が知られている。 The pseudorange difference of multiple frequency signals broadcast from satellites such as GPS (Global Positioning System), Galileo, or Quasi Zenith Satellites System (QZSS) is the number of electrons on the propagation path of radio waves. It is known to be related to When estimating the total number of electrons on the propagation path of radio waves (propagation delay amount due to passage through the ionosphere), a method of using a pseudo-range (code distance) difference depending on transmission / reception times of multiple frequency signals, and carriers of multiple frequencies A method using a difference in phase pseudorange (phase distance) is known.
送信・受信時刻による擬似距離差を使用する方法は、誤差が大きく、一方、キャリア位相擬似距離を使用するキャリア位相に内在する位相の不確定値によりバイアスが生じてしまうという問題がある。また、キャリア位相は、サイクルスリップと言われるデータの飛びを生ずることがある。単純なカルマンフィルタを使用すると、サイクルスリップの発生後に大きく推定値が振動する過渡現象が生じてしまい、収束するまでのデータを使用できなくなるという問題がある。
ところで、衛星から放送される信号のキャリア位相による擬似距離は、誤差が非常に小さい。しかしながら、位相のサイクルによる不確定性があり、単純にキャリア位相による擬似距離を利用することはできない。一方、送信・受信時刻から生成される擬似距離には位相サイクルによる不確定性はないが、測定誤差が非常に大きい。 By the way, the error in the pseudo distance due to the carrier phase of the signal broadcast from the satellite is very small. However, there is uncertainty due to the phase cycle, and it is not possible to simply use the pseudorange due to the carrier phase. On the other hand, the pseudo distance generated from the transmission / reception time has no uncertainty due to the phase cycle, but the measurement error is very large.
そこで、位相サイクルによる不確定性を、擬似距離を用いて除去する方法が提案されている(非特許文献1参照)。キャリア位相による擬似距離には、衛星追尾が途絶した際に不確定値が変化する性質があり、「サイクルスリップ」といわれている。このサイクルスリップのため、単純に非特許文献1に開示されている方法だけでは、位相サイクルによる不確定性を除去することはできない。
Therefore, a method for removing uncertainty due to the phase cycle using a pseudorange has been proposed (see Non-Patent Document 1). The pseudo-range based on the carrier phase has a property that the uncertain value changes when the satellite tracking is interrupted, and is called “cycle slip”. Due to this cycle slip, the uncertainty due to the phase cycle cannot be removed simply by the method disclosed in
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、複数キャリア位相擬似距離差に含まれる不確定性を除去してサイクルスリップによりフィルターに生じる過渡現象期間を抑えることにより、伝搬経路電離層総電子数を精度よく推定して電離層電子密度分布推定に使用する電離層電子密度分布推定システムを提供することにある。さらに、この推定された電子度を利用して測位に使用し、擬似距離の電離層伝搬遅延量誤差を除去できる測位システムを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its problem is to eliminate the uncertainty included in the multi-carrier phase pseudorange difference and to suppress the transient phenomenon period that occurs in the filter due to cycle slip. Thus, it is an object of the present invention to provide an ionospheric electron density distribution estimation system that accurately estimates the total number of electrons in the ionosphere of the propagation path and uses it for estimating the ionospheric electron density distribution. It is another object of the present invention to provide a positioning system that can use the estimated degree of electron for positioning and remove an ionospheric propagation delay error at a pseudo distance.
上記課題を解決するために、第1の発明の電離層電子密度分布推定システムは、複数フェーズ距離差とこの距離差の速度成分に基づく変形カルマンフィルタの共分散行列と衛星のサンプル時間差とを用いてサイクルスリップの有無を判定することにより継続したデータ収集期間を特定するとともに前記サイクルスリップが発生した場合に前記変形カルマンフィルタの共分散行列を更新するフィルタ処理部と、フィルタ処理部によって特定されたデータ収集期間について、キャリア位相に関連した不確定値を除去した後の複数キャリア位相擬似距離差を電離層電子数に変換する電離層総電子数推定部と、電離層総電子数推定部で得られた電離層電子数を用いて電離層の電子密度分布を推定する電子密度推定処理部とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problem, an ionospheric electron density distribution estimation system according to a first aspect of the present invention is a cycle using a multi-phase distance difference, a covariance matrix of a modified Kalman filter based on a velocity component of this distance difference, and a satellite sample time difference. A data processing period that specifies a data collection period that is continued by determining the presence or absence of slip and updates a covariance matrix of the modified Kalman filter when the cycle slip occurs, and a data collection period that is specified by the filter processing section The ionosphere total electron number estimation unit that converts the multiple carrier phase pseudorange difference after removing the uncertain value related to the carrier phase into the ionosphere electron number, and the ionosphere electron number obtained by the ionosphere total electron number estimation unit And an electron density estimation processing unit for estimating the electron density distribution of the ionosphere.
第2の発明は、第1の発明の電離層電子密度分布推定システムにおいて、フィルタ処理部は、変形カルマンフィルタにより推定した値と観測した値との差と、変形カルマンフィルタで動的に推定している分散値とデータ収集時間差とをもとにサイクルスリップの有無を判定し、サイクルスリップが発生した場合に、そのスリップ量を入力として、変形カルマンフィルタを動作させて継続したデータ収集期間を特定することを特徴とする。
The second invention is the ionospheric electron density distribution estimation system of the first invention, the filter processing unit, the difference between the value and the observed value estimated by the deformation Kalman filter dynamically estimated to have dispersed in the modified Kalman filter The presence or absence of cycle slip is determined based on the value and the data collection time difference . When cycle slip occurs, the slip amount is input and the modified Kalman filter is operated to specify the continuous data collection period. And
第3の発明の測位システムは、第1又は第2の発明の電離層総電子数推定部で得られた電離層電子数に対応する電離層伝搬遅延量を、測位により得られた擬似距離から差し引く処理を行う擬似距離補正部と、擬似距離補正部から送られてくる補正された擬似距離と衛星航法暦から求めた衛星位置を利用し、測位を実施する測位処理部とを備えたことを特徴とする。 The positioning system of the third invention is a process of subtracting the ionosphere propagation delay amount corresponding to the ionosphere electron number obtained by the ionosphere total electron number estimation unit of the first or second invention from the pseudo distance obtained by the positioning. A pseudo-range correcting unit that performs the positioning, and a positioning processing unit that performs positioning using the corrected pseudo-range sent from the pseudo-range correcting unit and the satellite position obtained from the satellite navigation calendar. .
第4の発明は、第3の発明の測位システムにおいて、擬似距離補正部は、さらに、対流圏により生じた遅延量を補正することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the positioning system of the third aspect, the pseudo-range correction unit further corrects a delay amount caused by the troposphere.
本発明によれば、複数キャリア位相擬似距離差に含まれる不確定性を除去してサイクルスリップにより生じる過渡現象期間を抑えることができるので、伝搬経路電離層総電子数を精度よく推定して電離層電子密度分布を推定することができる。 According to the present invention, the uncertainty included in the multi-carrier phase pseudorange difference can be removed and the transient phenomenon period caused by cycle slip can be suppressed, so that the total number of propagation path ionosphere electrons can be accurately estimated and ionosphere electrons can be accurately estimated. The density distribution can be estimated.
また、推定された電子度を利用して測位に使用し、擬似距離の電離層伝搬遅延量誤差を除去できる。 In addition, the estimated electron degree can be used for positioning, and an ionospheric propagation delay error at a pseudo distance can be removed.
また、キャリア位相による擬似距離を使用することにより、送信・受信時刻から生成される擬似距離より測定精度が10倍以上改善される。その結果、複数キャリ位相擬似距離差を計算することにより、電波通過経路の総電子数の測定精度を10倍程度改善することができる。これにより、電離層電子密度観測精度を向上させることができ、電離層による反射を利用したHF帯の通信を、より有効に行うことができる。 Further, by using the pseudo distance based on the carrier phase, the measurement accuracy is improved 10 times or more than the pseudo distance generated from the transmission / reception time. As a result, it is possible to improve the measurement accuracy of the total number of electrons in the radio wave passage path by about 10 times by calculating the multiple carry phase pseudorange difference. Thereby, ionospheric electron density observation accuracy can be improved, and HF band communication using reflection by the ionosphere can be performed more effectively.
さらに、この電子の存在する領域を通過することによって生じる電波の伝搬遅延量は、航法衛星電波を使用した測位誤差の要因となるが、電波通過経路の総電子数を精密に測定し、伝搬遅延量を精密に推定できるので、この推定値の補正を測位に使用する観測擬似距離に適用することで、測位精度を改善することができる。 In addition, the propagation delay amount of radio waves generated by passing through the area where electrons exist is a cause of positioning error using navigation satellite radio waves. Since the quantity can be estimated accurately, the positioning accuracy can be improved by applying the correction of the estimated value to the observation pseudorange used for positioning.
以下、本発明の電離層電子密度分布推定システム及び測位システムの実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Embodiments of an ionospheric electron density distribution estimation system and positioning system according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係る電離層電子密度分布推定システムを含む測位システムの構成を示す図である。この測位システムは、衛星信号観測系1、衛星信号処理系2、インターネットデータ処理系3およびデータサーバ系4から構成されている。これらの他に、図示は省略されているが、衛星および外部衛星データ観測系、例えば、国土地理院のGEONET(GPS Earth Observation Network System)等が外部に接続される。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a positioning system including an ionosphere electron density distribution estimation system according to
衛星信号観測系1は、アンテナ11および受信器12を備えている。アンテナ11は、GPS、Galileo、準天頂衛星システム(QZSS)等の衛星から放送される複数周波数の電波を受信して電気信号に変換し、受信器12に送る。受信器12は、アンテナ11から送られてくる信号に所定の処理を施し、衛星信号処理系2に送る。
The satellite
衛星信号処理系2は、受信器12から送られてくる信号に含まれる衛星航法暦(エフェメリス・アルマナック)データ、送信・受信時刻およびキャリア位相の擬似距離を処理するための信号処理装置20から構成されている。この信号処理装置20は、図2に示すように、フィルタ処理部21、電離層総電子数推定部22、電子密度推定処理部22a、擬似距離補正部23および測位処理部24から構成されている。
The satellite
なお、フィルタ処理部21、電離層総電子数推定部22、電子密度推定処理部22aは、電離層電子密度分布推定システムを構成する。
The
フィルタ処理部21では、変形カルマンフィルタを使用してサイクルスリップの有無を判定することにより継続したデータ収集期間を特定する(詳細は後述する)。このフィルタ処理部21における処理結果は、電離層総電子数推定部22に送られる。
The
電離層総電子数推定部22では、フィルタ処理部21において継続してデータ収集された期間について、非特許文献1に開示された方法でキャリア位相に関連した不確定値を除去し、複数キャリア位相擬似距離差を電離層電子数に変換する。この電離層総電子数推定部22における処理結果は、電子密度推定処理部22a及び擬似距離補正部23に送られる。
The ionosphere total electron
電子密度推定処理部22aは、電離層総電子数推定部22で推定された電離層電子数を用いて、電離層の電子密度分布を推定する。
The electron density
擬似距離補正部23は、不確定値を除去した後の複数キャリア位相擬似距離差、つまり、電離層総電子数推定部22から送られてくる電離層電子数に対応する電離層伝搬遅延量を測位により得られた擬似距離から差し引く処理を行う(詳細は後述する)。この擬似距離補正部23において補正された擬似距離は、測位処理部24に送られる。
The
測位処理部24では、擬似距離補正部23から送られてくる補正された擬似距離と衛星航法暦から求めた衛星位置を利用し、測位を実施する。
The
インターネットデータ処理系3は、公開されている電離層関連の情報や国土地理院が公開しているGPS観測データ(GEONETデータ)や国際的に観測結果を公開しているIGS(International GPS Service for Geodynamics)データなどをインターネット経由で収集する。このインターネットデータ処理系3によって収集されたデータは、LAN経由で、データサーバ系4へ伝送され、データ収集サーバ41に保存される。また、データ収集サーバ41には、衛星から受信されたデータおよび衛星信号処理系2における処理結果も保存される。
The Internet data processing system 3 is the ionosphere-related information published, the GPS observation data (GEONET data) published by the Geospatial Information Authority of Japan, and the IGS (International GPS Service for Geodynamics) that is publishing international observation results Collect data etc. via the Internet. Data collected by the Internet data processing system 3 is transmitted to the data server system 4 via the LAN and stored in the data collection server 41. The data collection server 41 also stores data received from satellites and processing results in the satellite
このインターネットデータ処理系3には、セキュリティを考慮して、スイッチングハブまたはルータを用いたファイアオールを備えるように構成できる。なお、このスイッチングハブまたはルータは、インターネットデータ処理系3に必須ではなく、オプションである。 The Internet data processing system 3 can be configured to include a firewall using a switching hub or router in consideration of security. This switching hub or router is not essential for the Internet data processing system 3, but is an option.
次に、上記のように構成される本発明の実施例1に係る電離層電子密度分布推定システムを含む測位システムの動作を説明する。
Next, the operation of the positioning system including the ionospheric electron density distribution estimation system according to
(1)基礎
衛星から放送される2周波の信号L1およびL2の送信・受信時刻による擬似距離(コード距離、シュードレンジ)とキャリア位相による擬似距離(フェーズ距離)は、下記(1.1)式および(1.2)式でそれぞれ表すことができる。
2つの周波数の観測値を引いた結果と総電子数(TEC:Total Electron Content)との関係は、下記(1.3)式および(1.4)式によって示される。
ここで、
ρ:コード距離
λφ:フェーズ距離
C:光速
λ:波長
I:電離層伝搬遅延量
T:対流圏伝搬遅延量
ε:観測誤差
Φ:位相
r:真の距離
f:周波数
δtu:受信器時刻誤差
δts:衛星時刻誤差
Namb:整数不確定値
Δbias:衛星・受信器内の周波数間バイアス
(2)変形カルマンフィルタによるサイクルスリップ判定
サイクルスリップの判定は、フィルタ処理部21によって実行される。非特許文献4および非特許文献5に開示されているように、サイクルスリップ判定等を行うカルマンフィルタの基本システムは、状態方程式と観測方程式とから構成されている。
here,
ρ: code distance λφ: phase distance C: speed of light λ: wavelength I: ionospheric propagation delay T: tropospheric propagation delay ε: observation error Φ: phase r: true distance f: frequency δtu: receiver time error δts: satellite Time error Namb: Integer uncertain value Δbias: Bias between frequencies in satellite / receiver (2) Cycle slip determination by modified Kalman filter The cycle slip is determined by the
下記(2.1)式に示す状態ベクトルを、複数フェーズ距離差(ΔIk)と、その時間変化とする。
状態方程式を(2.2)式に、観測方程式を(2.3)式にそれぞれ示す。ここで、x_は予測値、Φは状態遷移行列、ΔFkは観測値、Δtはサンプリング間隔、Rkは観測誤差共分散行列、Hは観測行列、Pkは真値の共分散行列、Kkはカルマンゲイン、νkは雑音をそれぞれ表している。
なお、(2.7)式中のIは、単位行列を表しており、(2.4)、(2.8)式中の添え字tは転置行列を表し、(2.8)式中のE[・]は平均値を表している。 Note that I in the equation (2.7) represents a unit matrix, the subscript t in the equations (2.4) and (2.8) represents a transposed matrix, and in the equation (2.8) E [•] represents an average value.
次に、フィルタ処理部21で実行される変形カルマンフィルタによるサイクルスリップ判定処理を、図3に示すフローチャートを参照しながら説明する。
Next, cycle slip determination processing by the modified Kalman filter executed by the
まず、初期化が行われる(ステップS11)。すなわち、状態ベクトルを定義し、HおよびΦ行列の1つ前のデータ(初期値)としてHbおよびΦb行列が設定される。次いで、(2.2)式の状態方程式を用いて、次の予測値が求められる(ステップS12)。次いで、データの抜け(飛び)があるかどうかが調べられる(ステップS13)。具体的には、前回のデータとの間の時間差Dが2Δtより大きいかどうか、つまり、前回のデータと現在のデータとの間の収集時間差Dがサンプル時間間隔Δtの2倍より大きいかどうかが調べられる。 First, initialization is performed (step S11). That is, a state vector is defined, and the Hb and Φb matrices are set as data (initial values) immediately before the H and Φ matrices. Next, the next predicted value is obtained using the state equation (2.2) (step S12). Next, it is checked whether or not there is any missing data (step S13). Specifically, whether the time difference D between the previous data and the current data is greater than 2Δt, that is, whether the collection time difference D between the previous data and the current data is greater than twice the sample time interval Δt. Be examined.
このステップS13において、データの抜けがあることが判断されると、前回のデータ(更新する前の過去のデータ)を使用するように、つまり、HおよびΦ行列として、前回に保存したHbおよびΦb行列がそれぞれ設定されるとともに、サイクルスリップが発生した旨を表すフラグflagが「1」にセットされる(ステップS14)。一方、ステップS13において、データの抜けがないことが判断されると、ステップS14の処理はスキップされる。 If it is determined in step S13 that data is missing, the previous data (past data before updating) is used, that is, the Hb and Φb stored in the previous time as H and Φ matrices. Each matrix is set, and a flag flag indicating that a cycle slip has occurred is set to “1” (step S14). On the other hand, if it is determined in step S13 that there is no missing data, the process in step S14 is skipped.
次いで、カルマンフィルタの共分散行列の更新が行われる(ステップS15)。このステップS15において、観測値ΔFkと推定値との差分dEが求められる。次いで、ステップS15で求められた差分dEが誤差の分散値の6倍より大きいか、または、フラグflagが「1」であるかどうかが調べられる(ステップS16)。ここで、分散値σは、「√(P(1,1))」である。 Next, the Kalman filter covariance matrix is updated (step S15). In step S15, a difference dE between the observed value ΔF k and the estimated value is obtained. Next, it is checked whether or not the difference dE obtained in step S15 is larger than six times the error variance value or the flag flag is “1” (step S16). Here, the variance value σ is “√ (P (1,1))”.
このステップS16において、差分dEが分散値の6倍より大きい、または、フラグflagが「1」であることが判断されると、サイクルスリップがあった旨またはデータの抜けがあった旨が認識され、フラグflagが「0」にクリアされるとともに、予測値x_に差分dEが加えられて新たな予測値とされる(ステップS17)。このステップS17における差分dEを加える処理により、過渡現象を最小に抑えることができる。 In step S16, if it is determined that the difference dE is greater than 6 times the variance value or the flag flag is “1”, it is recognized that there has been a cycle slip or that there has been data loss. The flag flag is cleared to “0”, and the difference dE is added to the predicted value x_ to obtain a new predicted value (step S17). Transient phenomena can be minimized by the process of adding the difference dE in step S17.
一方、ステップS16において、差分dEが分散値の6倍より大きくなく、かつ、フラグflagが「1」でないことが判断されると、ステップS17の処理はスキップされる。 On the other hand, if it is determined in step S16 that the difference dE is not larger than 6 times the variance value and the flag flag is not “1”, the process of step S17 is skipped.
次いで、カルマンフィルタの次の推定値が算出される(ステップS18)。このステップS18において、現在のデータと次のデータとの間の収集時間差Dが算出される。次いで、データの抜けがあるかどうかが調べられる(ステップS19)。すなわち、収集時間差Dがサンプル時間間隔Δtの2倍より大きいかどうかが調べられる。 Next, the next estimated value of the Kalman filter is calculated (step S18). In step S18, a collection time difference D between the current data and the next data is calculated. Next, it is checked whether or not there is data missing (step S19). That is, it is checked whether the collection time difference D is greater than twice the sample time interval Δt.
このステップS19において、データの抜けがあることが判断されると、その時点のHおよびΦ行列が、1つ前のHおよびΦ行列を表すHbおよびΦb行列として、それぞれ保存される(ステップS20)。すなわち、一方、ステップS19において、データの抜けがないことが判断されると、ステップS20の処理はスキップされる。 If it is determined in step S19 that there is data loss, the H and Φ matrices at that time are stored as Hb and Φb matrices representing the previous H and Φ matrices, respectively (step S20). . In other words, if it is determined in step S19 that there is no missing data, the process of step S20 is skipped.
次いで、HおよびΦ行列が更新される(ステップS21)。次いで、サンプル番号がサンプル総数より小さいかどうかが調べられる(ステップS22)。このステップS22において、サンプル番号がサンプル総数より小さいことが判断されると、全てのサンプルに対する処理が終了していないと認識され、ステップS12に戻って上述した処理が繰り返される。 Next, the H and Φ matrices are updated (step S21). Next, it is checked whether the sample number is smaller than the total number of samples (step S22). If it is determined in step S22 that the sample number is smaller than the total number of samples, it is recognized that the processing for all the samples has not been completed, and the process returns to step S12 and the above-described processing is repeated.
一方、ステップS22において、サンプル番号がサンプル総数より小さくないことが判断されると、全てのサンプルに対する処理が終了したことが認識され、サイクルスリップ判定処理は終了する。 On the other hand, if it is determined in step S22 that the sample number is not smaller than the total number of samples, it is recognized that the processing for all the samples has been completed, and the cycle slip determination processing ends.
上述した処理により、サイクルスリップの発生時に、一旦、HおよびΦ行列を保存し、更新を行った後に、保存したH、Φ行列を戻すように構成されているので、サイクルスリップ後の過渡現象を少なくすることができる。 By the processing described above, when the cycle slip occurs, the H and Φ matrices are temporarily saved and updated, and then the saved H and Φ matrices are restored. Can be reduced.
また、データ更新用のΦ行列には、前のデータと現在データとの収集時間差Dが毎回代入されているので、収集時間差Dが非常に大きくなる場合、例えば、衛星が見えなくなり再び見えてくる場合などに、更新データx_が非常に大きい値となり、サイクルスリップ判定で認識できるようになっている。 Further, since the collection time difference D between the previous data and the current data is assigned to the Φ matrix for data update every time, when the collection time difference D becomes very large, for example, the satellite becomes invisible and becomes visible again. In some cases, the update data x_ becomes a very large value, and can be recognized by cycle slip determination.
(3)電離層総電子数推定
電離層電子数の推定は、電離層総電子数推定部22で実行される。(1.4)式中の(λL1ΔNL1,amb−λL2ΔNL2,amb),Δbiasは、サイクルスリップが生じなければ変化がなく固定である。これを利用し、非特許文献1では、次式により、この固定値を削除している。
ここで、Mはサイクルスリップが無く、連続的に収集できたサンプル数を示している。TECkは衛星sのk番目のデータの総電子数を示している。 Here, M indicates the number of samples that can be continuously collected without cycle slip. TEC k indicates the total number of electrons of the k-th data of the satellite s.
したがって、(3.1)よりTECは、次のように求められる。
ここで、バイアス項は、受信器12により発生するバイアスと衛星により発生するバイアスとに分けられる。受信器12によるバイアスは、1つの観測場所で全衛星に共通なバイアスであり、衛星で発生するバイアスは、衛星毎に異なるバイアスである。衛星で発生するバイアスは、非特許文献5に示されている群遅延Tgdとして、衛星航法暦の中に含まれて放送されている。
(3.3)式中の(tL1−tL2)は、地上で測定されたL1とL2の時間差である。実際の衛星バイアスは、時間とともに経年変化が進んでいる可能性がある。(3.3)式を(3.2)式に適用することにより、より衛星のバイアス成分誤差を小さくすることができる。
(3.4)式中に記載されている周波数間バイアスに関連した誤差成分は、別の方法で推定して削除する。 The error component related to the inter-frequency bias described in the equation (3.4) is estimated and deleted by another method.
(4)測位用擬似距離補正
測位に使用される擬似距離補正は、擬似距離補正部23によって実行される。キャリア位相L1に含まれる電離層伝搬遅延量は、非特許文献2に開示された内容と(3.4)式とから次のように求めることができる。
この(4.1)式を用いて、(1.1)式および(1.2)式の擬似距離から電離層伝搬遅延量を差し引く補正を行うと、次のようになる。
添え字のkは衛星sのデータの番号を示し、uは受信器12を識別する番号を示している。
The subscript k indicates the data number of the satellite s, and u indicates the number for identifying the
測位に使用する擬似距離も、キャリア位相に基づく(4.3)式を使用した方が観測誤差を小さくでき、測位精度を向上させることができる。(4.3)式にも整数不確定値Namb項が残されている。この場合の整数不確定値を削除する方法は、非特許文献1に開示されていないが、非特許文献1に開示され方法と同様の方法により整数不確定値を削除する。
ここで、バイアス項は、受信器12により発生するバイアスが主要であるが、衛星の経年劣化により生じた衛星によるバイアス補正誤差も残っている。受信器12によるバイアスは、1つの観測場所で全衛星に共通なバイアスとなり、受信器クロック誤差と区別できない。衛星より発生するバイアスは、衛星時刻誤差と区別できない。衛星時刻誤差は衛星から放送される衛星航法暦で補正を行うことができる。この補正項は、非特許文献6にΔtsvと記載されている項である。そのため、衛星の周波数間バイアス補正後のバイアス誤差により衛星毎に異なる誤差量となる。非特許文献2および非特許文献3に記載されている単純な測位計算方法では、衛星に共通に含まれる誤差を受信器12の時刻誤差成分とみなす。そのため、受信器12に含まれるバイアス誤差および時刻誤差は、測位計算の位置誤差に影響を与えない。
なお、衛星の対流圏により生じた遅延量Tについては、非特許文献2に開示されているSasstamoinenによる方法などを使用し補正する。さらに、衛星時刻誤差δtsは、衛星から放送される衛星航法暦中に存在する時刻補正係数を使用して補正する。衛星バイアスについては、他の方法で推定して補正することにより測位精度を向上させることができる。
Note that the delay amount T caused by the troposphere of the satellite is corrected by using the method by Sasstamoinen disclosed in
本発明は、衛星を利用して正確な測位を行うことが要求される電離層電子密度分布推定システムを含む測位システムに適用することができる。 The present invention can be applied to a positioning system including an ionosphere electron density distribution estimation system that requires accurate positioning using a satellite.
1 衛星信号観測系
2 衛星信号処理系
3 インターネットデータ処理系
4 データサーバ系
11 アンテナ
12 受信器
20 信号処理装置
21 フィルタ処理部
22 電離層総電子数推定部
22a 電子密度推定処理部
23 擬似距離補正部
24 測位処理部
41 データ収集サーバ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記フィルタ処理部によって特定されたデータ収集期間について、キャリア位相に関連した不確定値を除去した後の複数キャリア位相擬似距離差を電離層電子数に変換する電離層総電子数推定部と、
前記電離層総電子数推定部で得られた電離層電子数を用いて電離層の電子密度分布を推定する電子密度推定処理部と、
を備えたことを特徴とする電離層電子密度分布推定システム。 By determining the presence or absence of cycle slip using the multi-phase distance difference and the covariance matrix of the modified Kalman filter based on the velocity component of this distance difference and the sampling time difference of the satellite, the continuous data collection period is specified and the cycle slip is determined. A filter processing unit that updates the covariance matrix of the modified Kalman filter when it occurs ,
For the data collection period specified by the filter processing unit, an ionosphere total electron number estimation unit that converts the multiple carrier phase pseudorange difference after removing the uncertain value related to the carrier phase into the ionosphere electron number,
An electron density estimation processing unit that estimates the electron density distribution of the ionosphere using the ionosphere electron number obtained by the ionosphere total electron number estimation unit;
An ionospheric electron density distribution estimation system comprising:
前記変形カルマンフィルタにより推定した値と観測した値との差と、変形カルマンフィルタで動的に推定している分散値とデータ収集時間差とをもとにサイクルスリップの有無を判定し、サイクルスリップが発生した場合に、そのスリップ量を入力として、前記変形カルマンフィルタを動作させて継続したデータ収集期間を特定することを特徴とする請求項1記載の電離層電子密度分布推定システム。 The filter processing unit
Based on the difference between the value estimated by the modified Kalman filter and the observed value, the variance value dynamically estimated by the modified Kalman filter, and the data collection time difference, the presence or absence of a cycle slip was determined, and the cycle slip occurred. 2. The ionospheric electron density distribution estimation system according to claim 1, wherein the data collection period continued by operating the modified Kalman filter is specified with the slip amount as an input.
前記擬似距離補正部から送られてくる補正された擬似距離と衛星航法暦から求めた衛星位置を利用し、測位を実施する測位処理部と、
を備えたことを特徴とする測位システム。 A pseudorange correction unit that performs a process of subtracting the ionosphere propagation delay amount corresponding to the ionosphere electron number obtained by the ionosphere total electron number estimation unit according to claim 1 or 2, from the pseudorange obtained by positioning;
A positioning processing unit that performs positioning using the corrected pseudorange sent from the pseudorange correction unit and the satellite position obtained from the satellite navigation calendar,
A positioning system characterized by comprising.
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