JP5600882B2 - Ｇｐｓ受信機搬送波位相測定値の品質監視装置、方法、プログラム - Google Patents

Description

開示する技術は、ＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム、Global Positioning System）受信機もしくは全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機において、搬送波位相測定値の品質を監視する技術に関する。

ＧＰＳ受信機や全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機（以下、総称してＧＰＳ受信機と呼ぶ）は、アンテナを通して複数のＧＰＳ衛星から受信した周波数信号から搬送波位相測定値を算出し、その算出した値を用いて自装置の位置座標を計算している。ここで、位置座標とは、衛星との間の直線距離に相当する。

搬送波位相測定値は、コード位相測定値に比べて高精度（ほぼ１ｃｍ以下の精度）ではあるが、衛星からの直接波以外に、受信機周辺環境で発生する反射波が間接波として混入する等の原因で、誤差が生じる。この結果として、搬送波位相測定値から推定される位置座標の精度が損なわれることになる。

また搬送波位相の測位においては，搬送波位相測定値に含まれている整数未知数（バイアス項と呼ばれている）に対する推定計算が必要である。しかし例えば、４ｃｍ程度の測定値誤差が加わることでも誤推定を引き起こす原因となり、その場合は位置推定には数十ｃｍから１ｍ以上の誤差を生じ、精密測位の性能を大きく損ねてしまう。

現在，各ＧＰＳ衛星は２周波数信号（Ｌ１信号とＬ２信号）を発信している。複数周波数信号対応のＧＰＳ受信機による搬送波位相測定値の計算方法に関しては、２周波数の受信信号の搬送波位相測定値に対して線形結合量を算出し、幾何距離項及び電離層遅延項を推定する方法が広く知られている。

また、近い将来のＧＰＳ衛星の仕様として、上記Ｌ１及びＬ２信号にＬ５信号が追加された３周波数信号を発信する仕様が取り決められている。３周波数信号を用いることで、より高精度な搬送波位相の測定が可能となる。

以上の背景技術に対して、次のような従来技術が知られている。
第１の従来技術として、上述した間接波の強度自体をある程度抑制する目的で、特別に設計された受信アンテナを用いる方法が知られている。

第２の従来技術として、ＧＰＳ受信機の測定値に及ぼす間接波の影響をある程度抑制する目的で、特別に設計されたＧＰＳ受信機の信号処理回路を用いる方法が知られている。
第３の従来技術として、搬送波位相測定値の異常を監視する目的で，測定値時間変化を監視し、妥当値との比較によって異常を判断する方法が知られている。

本出願が開示する技術に関連する従来技術として、下記先行技術文献が開示されている。

特開２００７−７１８６９号公報

Ｂ．ホフマン−ウェレンホフ，Ｈ．リヒテネガー，Ｊ．コリンズ、「ＧＰＳ理論と応用」、シュプリンガー・フェアラーク東京株式会社、２００５年３月３１日、ｐ．１０８−１０９、ｐ．１２０−１２３、ｐ．２４０−２４１

しかし、第１又は第２の従来技術は、特別な受信アンテナや信号処理回路を設ける必要があった。製造コスト削減のためには、特別な構成を備える必要がなく、プログラム等により雑音成分を推定できることが好ましい。

また、第３の従来技術に関連し、測定値の時間変化には、受信機座標の移動や衛星クロックの変動によって生じる項が含まれている。このため、たとえ静止受信機の場合であっても、現実には、異常値監視の精度は衛星信号の１波長（およそ２０ｃｍ）を達成することも難しいという問題点を有していた。

開示する技術が解決しようとする課題は、特別に設計した受信アンテナもしくはＧＰＳ受信機を使用しなくても、複数周波数信号対応のＧＰＳ受信機の搬送波位相測定値に生じている異常を高精度に監視し、正確に衛星を特定することにある。

上記課題を解決するために、開示する技術は、グローバルポジショニングシステム又は全地球航法衛星システムの受信機において複数の衛星に対して測定した搬送波位相測定値の異常を検出するための装置、方法、プログラムとして実現され、例えば装置として実現される場合には以下の構成を有する。

線形結合量計算部は、受信機で測定した複数周波数信号に対する搬送波位相測定値に基づき、複数周波数の受信信号に対して幾何距離項を含まず電離層遅延項を含む線形結合量の時系列値を各衛星に対して計算する。

時系列値監視部は、その時系列値の時間的連続性を監視することにより、不連続を生じている衛星の搬送波位相測定値を特定してその搬送波位相測定値の異常を検出する。

開示する技術によれば、幾何距離項を含まず電離層遅延項を含む線形結合量の時系列値の時間的連続性を監視するだけで、搬送波位相測定値の異常を効率的に判定することが可能となる。

これにより、特別に設計した受信アンテナもしくはＧＰＳ受信機を使用しなくても、複数周波数信号対応のＧＰＳ受信機の搬送波位相測定値に生じている異常を高精度に監視し、正確に衛星を特定することが可能となる。

ＧＰＳ受信機を含むグローバル・ポジショニング・システムの実施形態の構成図である。 第１の実施形態において、測定値異常判定部３が各測定時刻毎に実施する処理Ａを示す動作フローチャートである。 第１の実施形態において、測定値異常判定部３が各測定時刻毎に実行する処理Ｂを示す動作フローチャートである。 第２の実施形態において、測定値異常判定部３が各測定時刻毎に実施する処理Ａを示す動作フローチャート（その１）である。 第２の実施形態において、測定値異常判定部３が各測定時刻毎に実施する処理Ａを示す動作フローチャート（その２）である。 第３の実施形態において、測定値異常判定部３が各測定時刻毎に実施する処理Ａを示す動作フローチャートである。 第３の実施形態において、測定値異常判定部３が各測定時刻毎に実行する処理Ｂを示す動作フローチャートである。 第４の実施形態において、測定値異常判定部３が各測定時刻毎に実行する処理Ａを示す動作フローチャートである。 ＧＰＳ受信機１を実現できるコンピュータのハードウェア構成の一例を示す図である。

以下、ＧＰＳ受信機を含むグローバル・ポジショニング・システムの実施形態について詳細に説明する。
図１は、ＧＰＳ受信機を含むグローバル・ポジショニング・システムの実施形態の構成図である。図１に示すように、グローバル・ポジショニング・システムは、ＧＰＳ衛星１０と、ＧＰＳ受信機１とを含む。

ＧＰＳ衛星１０は、時間情報及びＧＰＳ衛星１０自身の軌道情報を含むデータを信号に乗せて地上に向けて発信している。ＧＰＳ受信機１は、ＧＰＳ衛星１０から受信した２周波数信号又は３周波数信号から自装置の位置座標を算出する。

本実施形態に係るＧＰＳ受信機１は、搬送波位相測定部２、測定値異常判定部３及び座標計算部４を含んで構成される。
ＧＰＳ受信機１の搬送波位相測定部２は、ＧＰＳ衛星１０から受信した２周波数信号又は３周波数信号から搬送波位相測定値を算出する。測定値異常判定部３は、搬送波位相測定値の異常を判定し、異常な測定値を座標計算から排除する。座標計算部４は、測定値異常判定部３にて判定された正常な搬送波位相測定値を用いて、ＧＰＳ受信機１の位置座標を計算し、出力する。

なお、ＧＰＳ受信機１は複数の衛星１０から２周波数信号又は３周波数信号を受信しているが、図１においては省略して記載している。また、図１においては、搬送波位相測定値からＧＰＳ受信機１の位置座標を算出する処理に関わる構成のみが示されている。

図１に示されるＧＰＳ受信機１では、測定値異常判定部３において、搬送波位相測定値の異常が判定され、異常な測定値が座標計算から排除される。
以下、図１に示されるＧＰＳ受信機１の測定値異常判定部３に関する第１から第５の実施形態について、具体的に説明する。

測定値異常判定部３の各実施形態について説明する前に、測定値異常の判定のための測定値異常判定部３の基本的な動作について説明する。
まず、搬送波位相測定部２が測定する２周波数（Ｌ１、Ｌ２）若しくは３周波数（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）の各搬送波位相測定値φ及びその測定雑音δφは、以下の数１式、数２式、数３式で表される。

上記の数１式、数２式、及び数３式において、添え字ｋは各ＧＰＳ衛星１０に対応する。添え字Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３は、２周波数信号（Ｌ１、Ｌ２）又は３周波数信号（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に対応する。δｔ_rec は、ＧＰＳ受信機１のクロック誤差である。λはＧＰＳ信号波長で、下記数４式によって算出される。ここで、ｃは光速、ｆは各信号周波数を示す。各信号周波数は、ｆ_L1＝１５４０×１０２３ｋＨｚ、ｆ_L2＝１２００×１０２３ｋＨｚ、ｆ_L5＝１１５０×１０２３ｋＨｚである。

また数１式、数２式、及び数３式において、Ｉは電離圏遅延項である。ρ^k はＧＰＳ受信機１と各ＧＰＳ衛星１０との幾何距離で、下記数５により計算される。ここで、ｒ^k は各ＧＰＳ衛星１０の座標、r_rec はＧＰＳ受信機１の座標である。

更に、数１式、数２式、及び数３式において、定数Ｎは整数バイアス項を表す。定数κは、下記数６式で計算される。

ここで、下記数７式及び数８式で示されるような線形結合を考える。

上述の数７式及び数８式において更に、測定誤差部分の線形結合量、
はそれぞれ、下記数９式及び数１０式で表される。

上記数７式及び数９式において、電離層遅延項Ｉは含まれているが、その変動は幾何距離項ρの変動に比べると一般に緩やかである。搬送波位相測定値に異常な不連続が生じていなければ、その測定値から数７式によって算出される線形結合量は、滑らかに変化する時系列値となる。なおこの時系列値には、測定値に固有で正常的誤差の変動が含まれる。

一方、上記数８式及び数１０式においては、電離層遅延項Ｉは含まれず、受信機座標（自由度３）の反映である幾何距離項ρとＧＰＳ受信機１のクロック誤差項δｔ_rec （自由度１）が含まれる。

以上の知見に基づく、測定値異常判定部３の第１の実施形態について説明する。
第１の実施形態において測定値異常判定部３は、現在時刻において各ＧＰＳ衛星１０から得られる２周波数の搬送波位相測定値を用いて、数７式の第１の線形結合量を計算する。そして、測定値異常判定部３は、この第１の線形結合量の時系列が滑らかに連続変化しているかを監視し、正常変化として記憶している大きさに比較して大きい不連続が生じたならば、すなわち、測定値の誤差成分等による大きいふらつきが生じ、連続性からの乖離があれば、そのＧＰＳ衛星１０に関して、搬送波位相測定値が異常であると判定する。

測定値異常判定部３は、測定値が異常であると判定したＧＰＳ衛星１０については、その衛星の測定値を測位計算から排除する。
一方、測定値異常判定部３は、測定値が正常であると判定したＧＰＳ衛星１０については、その時刻でそのＧＰＳ衛星１０から得られる２周波数の搬送波位相測定値を用いて、数８式の第２の線形結合量を計算し、そのＧＰＳ衛星１０の識別子と共に記憶する。

以上の測定値異常の判定処理により、各測定時刻毎に、５衛星以上の測定値が得られているならば、どれか１つの衛星について上述の測定値異常の判定処理にて判定されなかった測定値異常が発生している場合には、自由度の差によりその異常を検知できる。

そこで、測定値異常判定部３は、５衛星以上の測定値が得られている場合に、得られている全てのＧＰＳ衛星１０からの搬送波位相測定値を使って図１の座標計算部４に現在の測定時刻での測位を実施させる。そして、測定値異常判定部３は、最小２乗法により測位結果の残差の２乗和に対してχ２乗検定を実施し、異常測定値を有するＧＰＳ衛星１０を検出する。測定値異常判定部３は、測定値異常が検出されたＧＰＳ衛星１０を測位計算から排除し、座標計算部４に更に測位を実施させる。そして、測定値異常判定部３は、最終的に５衛星異常の測定値が得られていて、なおかつ異常測定値を有するＧＰＳ衛星１０がなくなった時点で、その時点で座標計算部４にて得られている測定結果を、現在時刻の測位結果として出力する。
以上のようにして、搬送波位相測定値に関して、信頼度の高い異常判定を行うことが可能となる。

図２は、第１の実施形態において、測定値異常判定部３が各測定時刻毎に実施する処理Ａを示す動作フローチャートである。
測定値異常判定部３は、最初のＧＰＳ衛星１０（ｋ＝１）からスタートし（ステップＳ２０１）、未処理のＧＰＳ衛星１０が有るか否かを判定しながら（ステップＳ２１２）、順次ＧＰＳ衛星１０（ｋ）を選択する（ステップＳ２１３）。そして、測定値異常判定部３は、選択された各衛星につき以下のステップＳ２０２からＳ２１１の一連の処理を実行する。

まず、測定値異常判定部３は、現在時刻において図１の搬送波位相測定部２が各ＧＰＳ衛星１０（ｋ）から得ているＬ１及びＬ２に関する搬送波位相測定値、
と、Ｌ１及びＬ２の各信号周波数ｆ_L1及びｆ_L2から数４式に基づいて算出される各波長値λ_L1及びλ_L2を用いて、数７式で示される第１の線形結合量、
を算出する（図２のステップＳ２０２）。この部分は、特許請求の範囲の線形結合量計算ステップ、第１の線形結合量計算ステップ、線形結合量計算部の実現例である。

次に、測定値異常判定部３は、ステップＳ２０２で算出した第１の線形結合量を、衛星別に過去の値と合わせて記憶する（図２のステップＳ２０３）。
次に、測定値異常判定部３は、ステップＳ２０３にて衛星別に順次記憶されている過去の第１の線形結合量のうち、現在処理中のＧＰＳ衛星１０（ｋ）に関する最近の一定期間の第１の線形結合量の平滑値を計算する（図２のステップＳ２０４）。
そして、測定値異常判定部３は、ステップＳ２０２にて算出された現在時刻の第１の線形結合量とステップＳ２０４にて計算した平滑値との差ｄｙを計算する（図２のステップＳ２０５）。

測定値異常判定部３は、この差ｄｙの絶対値が、後述するステップＳ２０６とＳ２０７で算出されている判定値よりも小さいか否かを判定する（図２のステップＳ２０８）。この部分は、特許請求の範囲の時系列値監視ステップ、第１の時系列値監視ステップ、時系列値監視部の実現例である。

測定値異常判定部３は、ステップＳ２０８の判定がＮＯならば、第１の線形結合量の時系列において大きい不連続が生じたとして搬送波位相測定値は異常であると判定する。この場合には、測定値異常判定部３は、現在処理中のＧＰＳ衛星１０は後述する処理Ｂでの測位計算のためには記憶せずに排除する。その後、測定値異常判定部３は、次の衛星の処理に移る（図２のステップＳ２０６→Ｓ２１２）。

一方、測定値異常判定部３は、ステップＳ２０８の判定がＹＥＳならば、第１の線形結合量の時系列は連続的に変化しているとして搬送波位相測定値は正常であると判定する。
この場合、測定値異常判定部３はまず、ステップＳ２０５で算出した差ｄｙを、衛星別に過去の値と合わせて記憶する（図２のステップＳ２０９）。測定値異常判定部３は、前述のステップＳ２０８での判定処理に先立ち、ステップＳ２０９にて衛星別に順次記憶されている過去のｄｙの２乗値のうち、現在処理中のＧＰＳ衛星１０（ｋ）に関する最近の一定期間の２乗値の平均を算出する（図２のステップＳ２０６）。そして、測定値異常判定部３は、ステップＳ２０６にて算出した平均の平方根×３を、ステップＳ２０８での判定値とする（図２のステップＳ２０７）。

次に、測定値異常判定部３は、現在時刻において図１の搬送波位相測定部２が各ＧＰＳ衛星１０（ｋ）から得ているＬ１及びＬ２に関する搬送波位相測定値、
と、Ｌ１及びＬ２の各信号周波数ｆ_L1及びｆ_L2から数４式に基づいて算出される各波長値λ_L1及びλ_L2と、数６式に基づいて算出される定数κ_L2を用いて、数８式で示される線形結合量、
を計算する（図２のステップＳ２１０）。そして、測定値異常判定部３は、その計算結果を現在選択しているＧＰＳ衛星１０の識別子ｋと共に記憶する（図２のステップＳ２１１）。この記憶内容は、後述する処理Ｂにて使用される。

測定正常時における上述のステップＳ２０９からＳ２１１までの一連の処理の後、測定値異常判定部３は、次の衛星の処理に移る（図２のステップＳ２１１→Ｓ２１２）。
以上の図２に示される処理Ａによって、測定値異常判定部３は、現在の測定時刻において搬送波位相測定値が正常であるＧＰＳ衛星１０（ｋ）に関する情報を収集し記憶する。

図３は、現在の測定時刻において、上記処理Ａに引き続いて測定値異常判定部３が実行する処理Ｂを示す動作フローチャートである。
まず、測定値異常判定部３は、前述した図２のステップＳ２１１にて記憶した測定値が正常である全ＧＰＳ衛星１０に関する第２の線形結合量を取り出す（図３のステップＳ３０１）。

次に、測定値異常判定部３は、ステップＳ３０１で取り出したＧＰＳ衛星１０の数が４機以上か否かを判定する（図３のステップＳ３０２）。
測定値異常判定部３は、ステップＳ３０１で取り出したＧＰＳ衛星１０の数が４機より少ないと判定した場合には、測位が十分に行えない判定して、現在時刻の測位計算は出力しない（図３のステップＳ３０２→Ｓ３０８）。この後、測定値異常判定部３は、現在の測定時刻における処理Ｂを終了し、次の測定時刻での処理Ａの実行に移行する。

測定値異常判定部３は、ステップＳ３０１で取り出したＧＰＳ衛星１０の数が４機以上と判定した場合には、ステップＳ３０１にて取得した処理対象のＧＰＳ衛星１０に対応する第２の線形結合量を図１の座標計算部４に引き渡す。そして、測定値異常判定部３は、座標計算部４に対して上記第２の線形結合量を用いた４機以上の衛星による測位を実行させる。この測位処理としては、前掲した非特許文献１等に記載されている一般的な手法を用いることができる。ここで、測定値異常判定部３は、測位結果に関する最小２乗計算のための残差２乗和を計算する（以上、図３のステップＳ３０３）。

次に、測定値異常判定部３は、ステップＳ３０３にて計算した残差２乗和に対してχ２乗検定を実施し、前述の処理Ａでは検出できなかった異常衛星を検出する（図３のステップＳ３０４）。測定値異常判定部３は、ステップＳ３０４での処理の結果、異常衛星が１機以上見つかったか否かを判定する（図３のステップＳ３０５）。

測定値異常判定部３は、異常衛星が１機以上見つかったと判定した場合には、その異常衛星を排除した上で、再度ステップＳ３０１からＳ３０４までの一連の処理を実行する（図３のステップＳ３０５→Ｓ３０６→Ｓ３０１）。

測定値異常判定部３は、以上の処理の繰返しにより、ステップＳ３０２にてＧＰＳ衛星１０が４機以上検出され、かつ異常衛星が見つからなかったと判定された場合に、ステップＳ３０３で得られている測位結果を出力する（図３のステップＳ３０５→Ｓ３０７）。これが、現在の測定時刻に対応する測位結果となる。ステップＳ３０７の出力処理の後、測定値異常判定部３は、現在の測定時刻における処理Ｂを終了し、次の測定時刻での処理Ａの実行に移行する。

次に、測定値異常判定部３の第２の実施形態について説明する。
上述の測定値異常判定部３の第１の実施形態は、搬送波位相測定値が２周波数（Ｌ１、Ｌ２）である場合の実施形態であった。図１のＧＰＳ衛星１０が３周波数（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に対応している場合には、測定値異常判定部３は、Ｌ１及びＬ２に関する第１の線形結合量（数７式）及び第２の線形結合量（数８式に加えて、Ｌ１及びＬ５に関する下記数１１式から数１４で示される線形結合量を異常判定に用いることができる。

上記数１１式から数１４式は、Ｌ２がＬ５に置き換わっただけで、式の意味は、前述の数７式から数１０式の場合と同じである。以下の説明では、数１１式から計算される線形結合量を第３の線形結合量と呼び、数１２式から計算される線形結合量を第４の線形結合量と呼ぶことにする。

上述の追加的な線形結合量に基づいて、測定値異常判定部３の第２の実施形態は、ＧＰＳ衛星１０毎に、まず前述の第１の線形結合量の連続性を判定し、この判定で連続性を検出できなかった場合には、更に第３の線形結合量の連続性を判定する。測定値異常判定部３は、第３の線形結合量で連続性を検出できた場合には、そのＧＰＳ衛星１０の測定値はＬ１とＬ５の２周波数に関して正常であると判定できる。そして、測定値異常判定部３は、Ｌ１とＬ５に関する第４の線形結合量を計算し、その結果を処理Ｂに引き渡す。
以上のようにして、第２の実施形態では、３周波数を用いることにより、より安定した測位の実施が可能となる。

図４及び図５は、第２の実施形態において、測定値異常判定部３が各測定時刻毎に実施する処理Ａを示す動作フローチャートである。図４及び図５において、図２の第１の実施形態の場合と同じ処理には同じステップ番号が付されている。

測定値異常判定部３は、最初のＧＰＳ衛星１０（ｋ＝１）からスタートし（図４のステップＳ２０１）、未処理のＧＰＳ衛星１０が有るか否かを判定しながら（図５のステップＳ２１２）、順次ＧＰＳ衛星１０（ｋ）を選択する（図５のステップＳ２１３）。そして、測定値異常判定部３は、選択された各衛星につき以下の図４のステップＳ２０２から図５のＳ２１１の一連の処理を実行する。

まず、図４のステップＳ２０２から図４のステップＳ２１１までは、前述した第１の実施形態における図２のステップＳ２０２からＳ２１１までの一連の処理と同じである。
ただし、図４のステップＳ２０８の判定がＮＯ（異常）であった場合には、次のＧＰＳ衛星１０の処理に移行するのではなく、図５のステップＳ５０１の処理に移行する。

ステップ５０１において測定値異常判定部３は、現在時刻において図１の搬送波位相測定部２が各ＧＰＳ衛星１０（ｋ）から得ているＬ１及びＬ５に関する搬送波位相測定値、
と、Ｌ１及びＬ５の各信号周波数ｆ_L1及びｆ_L5から数４式に基づいて算出される各波長値λ_L1及びλ_L5を用いて、数１１式で示される第３の線形結合量、
を算出する。この部分は、特許請求の範囲の第２の線形結合量計算ステップの実現例である。

その後の図５のステップＳ２０３から図５のステップＳ２０９までの処理は、第１の実施形態における図２のステップＳ２０３からステップＳ２０９までの一連の処理と同様であり、第３の線形結合量に対して搬送波位相測定値の異常判定が行われる。この部分は、特許請求の範囲の第２の時系列値監視ステップの実現例である。

この結果、第３の線形結合量に対して連続性が検出でき図５のステップＳ２０８の判定がＹＥＳとなった場合には、Ｌ１とＬ５の２周波数に対して搬送波位相測定値が正常であると判定できたことになる。即ち、Ｌ１とＬ２の２周波数に対しては搬送波位相測定値の正常性が検出できなかったが、Ｌ１とＬ５の２周波数に対してはＯＫとなったということである。このように、２周波数から３周波数に処理能力が向上することにより、１つのＧＰＳ衛星１０に関して、搬送波位相測定値が正常になる確率が高くなり、測定の安定性を高めることができる。

ステップＳ２０９の後、測定値異常判定部３は、現在時刻において図１の搬送波位相測定部２が各ＧＰＳ衛星１０（ｋ）から得ているＬ１及びＬ２に関する搬送波位相測定値、
と、Ｌ１及びＬ５の各信号周波数ｆ_L1及びｆ_L5から数４式に基づいて算出される各波長値λ_L1及びλ_L5と、数６式に基づいて算出される定数κ_L5を用いて、数１２式で示される線形結合量、
を計算する（図５のステップＳ５０２）。そして、測定値異常判定部３は、その計算結果を現在選択しているＧＰＳ衛星１０の識別子ｋと共に記憶する（図５のステップＳ２１１）。この記憶内容は、後述する処理Ｂにて使用される。

測定値異常判定部３は、図５のステップＳ２０８の判定がＮＯならば、第１の線形結合量の時系列に加えて第３の線形結合量の時系列でも大きい不連続、すなわち、測定値の誤差成分等による大きいふらつき（連続性からの乖離）が生じたとして、最終的に搬送波位相測定値は異常であると判定する。この場合には、測定値異常判定部３は、現在処理中のＧＰＳ衛星１０は後述する処理Ｂでの測位計算のためには記憶せずに排除する。その後、測定値異常判定部３は、次の衛星の処理に移る（図５のステップＳ２０８→Ｓ２１２）。

測定値異常判定部３の第２の実施形態が図４及び図５の動作フローチャートで示される処理Ａの後に実行する処理Ｂの動作フローチャートは、第１の実施形態における図３の動作フローチャートと同じである。

次に、測定値異常判定部３の第３の実施形態について説明する。
前述した測定値異常判定部３の第１の実施形態では、図２の処理Ａで、ステップＳ２０８の判定がＮＯとなって第１の線形結合量の時系列で大きい不連続が生じたと判定された場合は、現在処理中のＧＰＳ衛星１０は測位計算のためには記憶されずに排除された。

これに対して、第３の実施形態では、第１の線形結合量の時系列で大きい不連続が生じたと判定された場合には、現在処理中のＧＰＳ衛星１０は排除されず、処理Ｂでの測位計算における最小２乗計算における最小２乗重みが小さい値にされて測位が実行される。
これにより、搬送波位相測定値が異常であると判定されたＧＰＳ衛星１０に残っている有意な情報を活用することが可能となる。

図６及び図７はそれぞれ、第３の実施形態において、測定値異常判定部３が各測定時刻毎に実施する処理Ａ及び処理Ｂを示す動作フローチャートである。図６又は図７において、図２又は図３の第１の実施形態の場合と同じ処理には同じステップ番号が付されている。

第３の実施形態では、測定値異常判定部３は、図６のステップＳ２０８の判定がＮＯとなって第１の線形結合量の時系列で大きい不連続が生じたと判定された場合には、次の処理が実行される。

即ちまず、測定値異常判定部３は、現在処理中のＧＰＳ衛星１０（ｋ）に関する最小２乗重みを１／３に変更することを指示するフラグを設定する（図６のステップＳ２０８→Ｓ６０１）。

次に、測定値異常判定部３は、現在処理中のＧＰＳ衛星１０（ｋ）に関する１／３への重み変更指示を、ＧＰＳ衛星１０（ｋ）の識別子ｋと共に記憶する。この記憶内容は、後述する処理Ｂにて使用される。

その後、測定値異常判定部３は、図６のステップＳ２１０の処理に移行する。この処理は、第１の実施形態における図２のステップＳ２１０と同じ処理である。即ち、搬送波位相測定値が異常となったＧＰＳ衛星１０（ｋ）に関しても、第２の線形結合量が計算されて処理Ｂのために記憶される。
以上の処理以外の処理Ａに関する各処理は、第１の実施形態の場合と同様である。

次に、図７に示される第３の実施形態における処理Ｂにおいて、まず、測定値異常判定部３が測位計算の対象とするＧＰＳ衛星１０は、図６のステップＳ２１１にて記憶された全てのＧＰＳ衛星１０が対象となる（図７のステップＳ３０１）。

次に、測位計算に伴って測定値異常判定部３が実行する残差２乗和の最小２乗計算においては、図６のステップＳ６０２にて重み変更指示が記憶されているＧＰＳ衛星１０については、最小２乗重みが１／３にされる。
以上の処理以外の処理Ｂに関する各処理は、第１の実施形態の場合と同様である。
これにより、搬送波位相測定値が異常であると判定されたＧＰＳ衛星１０に残っている有意な測位情報を活用しつつ、そのＧＰＳ衛星１０での測定値異常の悪影響が測位に及ばないような制御を実現することができる。

次に、測定値異常判定部３の第４の実施形態について説明する。
第１の実施形態の処理Ａ（図２）では、第１の線形結合量の連続性判定のためにステップＳ２０５で差ｄｙを計算するにあたって使用される平滑値は、ステップＳ２０３にて記憶された自受信機での第１の線形結合量の過去値のみであった。

これに対して、第４の実施形態では、近隣のＧＰＳ受信機１から２周波数又は３周波数の搬送波位相測定値が順次受信され、それに対応する第１の線形結合量の過去値が計算され、平滑値として使用される。

これによって、より安定な搬送波位相測定値の異常判定が行えるようになる。
図８は、第４の実施形態において、測定値異常判定部３が各測定時刻毎に実施する処理Ａを示す動作フローチャートである。図８において、図２の第１の実施形態の場合と同じ処理には同じステップ番号が付されている。

図８において、測定値異常判定部３は、近隣に存在するＧＰＳ受信機１から２周波数又は３周波数の搬送波位相測定値を順次受信し、それに対応する第１の線形結合量の最近の過去値を算出する（図８のステップＳ８０１）。そして、測定値異常判定部３は、その算出結果を、ステップＳ２０４での平滑値計算に入力する。この受信処理は例えば、インターネットや携帯電話のネットワークを利用して随時実行されるように実現することができる。この部分は、特許請求の範囲の近隣受信機測定値取得ステップの実現例である。

測定値異常判定部３の第４の実施形態が図８の動作フローチャートで示される処理Ａの後に実行する処理Ｂの動作フローチャートは、第１の実施形態における図３の動作フローチャートと同じである。

上述の第４の実施形態において、測定値異常判定部３が平滑値の計算のために搬送波位相測定値を受信する近隣のＧＰＳ受信機１は、単一である必要はなく複数であってもよい。この場合、測定値異常判定部３がステップＳ２０４にて平滑値を計算するときに、近隣のＧＰＳ受信機１の距離情報を受信し、その距離に応じた重みを用いた加重平均処理によって平滑値を計算するように実現することができる。

図９は、図１に示されるＧＰＳ受信機１を実現できるコンピュータのハードウェア構成の一例を示す図である。このコンピュータは、携帯電話やカーナビゲーションシステムに搭載することができる。

図９に示されるコンピュータは、ＣＰＵ９０１、メモリ９０２、入力装置９０３、出力装置９０４、外部記憶装置９０５、可搬記録媒体９０９が挿入される可搬記録媒体駆動装置９０６、及びネットワーク接続装置９０７を有し、これらがバス９０８によって相互に接続された構成を有する。同図に示される構成は上記システムを実現できるコンピュータの一例であり、そのようなコンピュータはこの構成に限定されるものではない。

ＣＰＵ９０１は、当該コンピュータ全体の制御を行う。メモリ９０２は、プログラムの実行、データ更新等の際に、外部記憶装置９０５（或いは可搬記録媒体９０９）に記憶されているプログラム又はデータを一時的に格納するＲＡＭ等のメモリである。ＣＵＰ９０１は、プログラムをメモリ９０２に読み出して実行することにより、全体の制御を行う。

入力装置９０３は、例えば、キーボード、マウス等及びそれらのインタフェース制御装置とからなる。入力装置９０３は、ユーザによるキーボードやマウス等による入力操作を検出し、その検出結果をＣＰＵ９０１に通知する。

出力装置９０４は、表示装置、印刷装置等及びそれらのインタフェース制御装置とからなる。出力装置９０４は、ＣＰＵ９０１の制御によって送られてくるデータを表示装置や印刷装置に出力する。

外部記憶装置９０５は、例えばハードディスク記憶装置である。主に各種データやプログラムの保存に用いられる。
可搬記録媒体駆動装置９０６は、光ディスクやＳＤＲＡＭ、コンパクトフラッシュ（登録商標）等の可搬記録媒体９０９を収容するもので、外部記憶装置９０５の補助の役割を有する。

ネットワーク接続装置９０７は、例えばＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）又はＷＡＮ（ワイドエリアネットワーク）の通信回線を接続するための装置である。
前述した第１〜第４の実施形態によるシステムは、それに必要な機能を搭載したプログラムをＣＰＵ９０１が実行することで実現される。そのプログラムは、例えば外部記憶装置９０５や可搬記録媒体９０９に記録して配布してもよく、或いはネットワーク接続装置９０７によりネットワークから取得できるようにしてもよい。

以上の第１〜第４の実施形態に関して、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
グローバルポジショニングシステム又は全地球航法衛星システムの受信機において複数の衛星に対して測定した搬送波位相測定値の異常を検出するための方法において、
前記受信機で測定した複数周波数信号に対する搬送波位相測定値に基づき、複数周波数の受信信号に対する電離層遅延項を含む線形結合量の時系列値を前記各衛星に対して計算する線形結合量計算ステップと、
該時系列値の時間的連続性を監視することにより、不連続を生じている衛星の前記搬送波位相測定値を特定して該搬送波位相測定値の異常を検出する時系列値監視ステップと、
を含むことを特徴とするＧＰＳ受信機搬送波位相測定値の品質監視方法。
（付記２）
グローバルポジショニングシステム又は全地球航法衛星システムの受信機において複数の衛星に対して測定した搬送波位相測定値の異常を検出するための方法において、
前記受信機で測定した複数周波数信号に対する搬送波位相測定値に基づき、２周波数の受信信号に対する電離層遅延項を含む線形結合量の時系列値を前記各衛星に対して計算する線形結合量計算ステップと、
該時系列値の時間的連続性を監視することにより、不連続を生じている衛星の前記搬送波位相測定値を特定して該搬送波位相測定値の異常を検出する時系列値監視ステップと、
を含むことを特徴とするＧＰＳ受信機搬送波位相測定値の品質監視方法。
（付記３）
グローバルポジショニングシステム又は全地球航法衛星システムの受信機において複数の衛星に対して測定した搬送波位相測定値の異常を検出するための方法において、
前記受信機で測定した複数周波数信号に対する搬送波位相測定値に基づき、第１及び第２の周波数の受信信号に対する電離層遅延項を含む第１の線形結合量の時系列値を前記各衛星に対して計算する第１の線形結合量計算ステップと、
該第１の線形結合量の時系列値の時間的連続性を監視することにより、不連続を生じている衛星の搬送波位相測定値を特定する第１の時系列値監視ステップと、
該第１の時系列値監視ステップにて不連続を生じている衛星の搬送波位相測定値が特定された場合に、更に第３の周波数及び前記第１又は第２の周波数の受信信号に対する電離層遅延項を含む第２の線形結合量の時系列値を前記各衛星に対して計算する第２の線形結合量計算ステップと、
該第２の線形結合量の時系列値の時間的連続性を監視することにより、不連続を生じている衛星の前記搬送波位相測定値を特定して該搬送波位相測定値の異常を検出する第２の時系列値監視ステップと、
を含むことを特徴とするＧＰＳ受信機搬送波位相測定値の品質監視方法。
（付記４）
前記時系列値監視ステップは、前記特定された搬送波位相測定値を、測位計算の際に排除する、
ことを特徴とする付記１乃至３の何れか１項に記載のＧＰＳ受信機搬送波位相測定値の品質監視方法。
（付記５）
前記時系列値監視ステップは、前記特定された搬送波位相測定値に関して、測位計算の際に該特定された搬送波位相測定値の最小２乗重みを低下させる、
ことを特徴とする付記１乃至３の何れか１項に記載のＧＰＳ受信機搬送波位相測定値の品質監視方法。
（付記６）
前記時系列値監視ステップは、前記線形結合量の時系列値の正常時における短時間変動成分の大きさをに基づいて、該時系列値の時間的連続性を判定する、
ことを特徴とする付記１乃至５の何れか１項に記載のＧＰＳ受信機搬送波位相測定値の品質監視方法。
（付記７）
近隣に存在する前記受信機から２周波数又は３周波数の搬送波位相測定値を順次受信して該測定値に対応する前記線形結合量の時系列値を算出する近隣受信機測定値取得ステップを更に含み、
前記時系列値監視ステップは、前記線形結合量計算ステップにて計算される時系列値と前記近隣受信機測定値取得ステップにて取得された時系列値との差の時間的連続性を監視することにより、不連続を生じている衛星の前記搬送波位相測定値を特定して該搬送波位相測定値の異常を検出する、
ことを特徴とする付記１乃至６の何れか１項に記載のＧＰＳ受信機搬送波位相測定値の品質監視方法。
（付記８）
前記近隣受信機測定値取得ステップは、近隣に存在する前記受信機から２周波数又は３周波数の搬送波位相測定値を順次受信して該測定値に対応する前記線形結合量の時系列値を算出し、
前記時系列値監視ステップは、前記線形結合量計算ステップにて計算される時系列値と前記近隣受信機測定値取得ステップにて取得された時系列値に対する該時系列値に対応する受信機と自受信機との距離に応じた加重平均結果との差の時間的連続性を監視することにより、不連続を生じている衛星の前記搬送波位相測定値を特定して該搬送波位相測定値の異常を検出する、
ことを特徴とする付記７に記載のＧＰＳ受信機搬送波位相測定値の品質監視方法。
（付記９）
グローバルポジショニングシステム又は全地球航法衛星システムの受信機において複数の衛星に対して測定した搬送波位相測定値の異常を検出するコンピュータに、
前記受信機で測定した複数周波数信号に対する搬送波位相測定値に基づき、複数周波数の受信信号に対する電離層遅延項を含む線形結合量の時系列値を前記各衛星に対して計算する線形結合量計算ステップと、
該時系列値の時間的連続性を監視することにより、不連続を生じている衛星の前記搬送波位相測定値を特定して該搬送波位相測定値の異常を検出する時系列値監視ステップと、
を実行させるためのプログラム。
（付記１０）
グローバルポジショニングシステム又は全地球航法衛星システムの受信機において複数の衛星に対して測定した搬送波位相測定値の異常を検出するための装置において、
前記受信機で測定した複数周波数信号に対する搬送波位相測定値に基づき、複数周波数の受信信号に対する電離層遅延項を含む線形結合量の時系列値を前記各衛星に対して計算する線形結合量計算部と、
該時系列値の時間的連続性を監視することにより、不連続を生じている衛星の前記搬送波位相測定値を特定して該搬送波位相測定値の異常を検出する時系列値監視部と、
を含むことを特徴とするＧＰＳ受信機搬送波位相測定値の品質監視装置。

開示する技術は、携帯電話やカーナビゲーションシステム等に搭載されるＧＰＳ受信機に利用することができる。

１ ＧＰＳ受信機
２ 搬送波位相測定部
３ 測定値異常判定部
４ 座標計算部
９０１ ＣＰＵ
９０２ メモリ
９０３ 入力装置
９０４ 出力装置
９０５ 外部記憶装置
９０６ 可搬記録媒体駆動装置
９０７ ネットワーク接続装置
９０８ バス
９０９ 可搬記録媒体

Claims (9)

1. グローバルポジショニングシステム又は全地球航法衛星システムの受信機において複数の衛星に対して測定した搬送波位相測定値の異常を検出するための方法において、
   前記受信機で測定した複数周波数信号に対する搬送波位相測定値に基づき、２周波数の受信信号に対して幾何距離項を含まず電離層遅延項を含む線形結合量の時系列値を前記各衛星に対して計算する線形結合量計算ステップと、
   該時系列値の時間的連続性を監視することにより、不連続を生じている衛星の前記搬送波位相測定値を特定して該搬送波位相測定値の異常を検出する時系列値監視ステップと、
   を含むことを特徴とするＧＰＳ受信機搬送波位相測定値の品質監視方法。
2. グローバルポジショニングシステム又は全地球航法衛星システムの受信機において複数の衛星に対して測定した搬送波位相測定値の異常を検出するための方法において、
   前記受信機で測定した複数周波数信号に対する搬送波位相測定値に基づき、第１及び第２の周波数の受信信号に対して幾何距離項を含まず電離層遅延項を含む第１の線形結合量の時系列値を前記各衛星に対して計算する第１の線形結合量計算ステップと、
   該第１の線形結合量の時系列値の時間的連続性を監視することにより、不連続を生じている衛星の搬送波位相測定値を特定する第１の時系列値監視ステップと、
   該第１の時系列値監視ステップにて不連続を生じている衛星の搬送波位相測定値が特定された場合に、更に第３の周波数及び前記第１又は第２の周波数の受信信号に対して幾何距離項を含まず電離層遅延項を含む第２の線形結合量の時系列値を前記各衛星に対して計算する第２の線形結合量計算ステップと、
   該第２の線形結合量の時系列値の時間的連続性を監視することにより、不連続を生じている衛星の前記搬送波位相測定値を特定して該搬送波位相測定値の異常を検出する第２の時系列値監視ステップと、
   を含むことを特徴とするＧＰＳ受信機搬送波位相測定値の品質監視方法。
3. 前記時系列値監視ステップは、前記特定された搬送波位相測定値を、測位計算の際に排除する、
   ことを特徴とする請求項１又は２の何れか１項に記載のＧＰＳ受信機搬送波位相測定値の品質監視方法。
4. 前記時系列値監視ステップは、前記特定された搬送波位相測定値に関して、測位計算の際に該特定された搬送波位相測定値の最小２乗重みを低下させる、
   ことを特徴とする請求項１又は２の何れか１項に記載のＧＰＳ受信機搬送波位相測定値の品質監視方法。
5. 前記時系列値監視ステップは、前記線形結合量計算ステップにて計算される時系列値と、前記線形結合量の時系列値の最近の一定期間における平滑値との差の時間的連続性を監視することにより、不連続を生じている衛星の前記搬送波位相測定値を特定して該搬送波位相測定値の異常を検出する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のＧＰＳ受信機搬送波位相測定値の品質監視方法。
6. 近隣に存在する前記受信機から２周波数又は３周波数の搬送波位相測定値を順次受信して該測定値に対応する前記線形結合量の時系列値を算出する近隣受信機測定値取得ステップを更に含み、
   前記時系列値監視ステップは、前記線形結合量計算ステップにて計算される時系列値と、前記近隣受信機測定値取得ステップにて算出された時系列値の最近の一定期間における平滑値との差の時間的連続性を監視することにより、不連続を生じている衛星の前記搬送波位相測定値を特定して該搬送波位相測定値の異常を検出する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のＧＰＳ受信機搬送波位相測定値の品質監視方法。
7. 近隣に存在する複数の受信機から２周波数又は３周波数の搬送波位相測定値を順次受信して、該複数の受信機から受信した該測定値にそれぞれ対応する前記線形結合量の複数の時系列値を算出する近隣受信機測定値取得ステップを更に含み、
   前記時系列値監視ステップは、前記近隣受信機測定値取得ステップにて算出された前記複数の時系列値のそれぞれの最近の一定期間における平滑値を、前記複数の受信機のそれぞれと自受信機との距離に応じた重みで加重平均した結果と、前記線形結合量計算ステップにて計算される時系列値との差の時間的連続性を監視することにより、不連続を生じている衛星の前記搬送波位相測定値を特定して該搬送波位相測定値の異常を検出する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のＧＰＳ受信機搬送波位相測定値の品質監視方法。
8. グローバルポジショニングシステム又は全地球航法衛星システムの受信機において複数の衛星に対して測定した搬送波位相測定値の異常を検出するコンピュータに、
   前記受信機で測定した複数周波数信号に対する搬送波位相測定値に基づき、２周波数の受信信号に対して幾何距離項を含まず電離層遅延項を含む線形結合量の時系列値を前記各衛星に対して計算する線形結合量計算ステップと、
   該時系列値の時間的連続性を監視することにより、不連続を生じている衛星の前記搬送波位相測定値を特定して該搬送波位相測定値の異常を検出する時系列値監視ステップと、
   を実行させるためのプログラム。
9. グローバルポジショニングシステム又は全地球航法衛星システムの受信機において複数の衛星に対して測定した搬送波位相測定値の異常を検出するための装置において、
   前記受信機で測定した複数周波数信号に対する搬送波位相測定値に基づき、２周波数の受信信号に対して幾何距離項を含まず電離層遅延項を含む線形結合量の時系列値を前記各衛星に対して計算する線形結合量計算部と、
   該時系列値の時間的連続性を監視することにより、不連続を生じている衛星の前記搬送波位相測定値を特定して該搬送波位相測定値の異常を検出する時系列値監視部と、
   を含むことを特徴とするＧＰＳ受信機搬送波位相測定値の品質監視装置。