JP5642919B2 - 搬送波位相式移動体測位装置 - Google Patents
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衛星からの受信電波の観測結果に基づいて、搬送波位相の積算値の整数値バイアスの実数解を導出する実数解導出手段と、
前記実数解導出手段により導出された実数解に基づいて整数値バイアスの整数解を導出する整数解導出手段と、
前記実数解導出手段により導出された整数値バイアスの実数解と前記整数解導出手段により導出された整数値バイアスの整数解との関係に基づいて、前記整数値バイアスの整数解の妥当性を指標する所定の指標値を算出し、該算出した指標値と閾値との関係に基づいて、前記整数値バイアスの整数解の妥当性を評価するテスト手段とを含み、
前記テスト手段は、前記閾値を2種類以上用いて、前記整数値バイアスの整数解の妥当性を評価し、
前記整数解導出手段は、一の実数解に対して少なくとも2以上の整数値バイアスの候補を導出し、該整数値バイアスの候補は、最も誤差が小さい第1候補と、次に誤差が小さい第2候補を少なくとも含み、
前記テスト手段は、前記整数値バイアスの整数解の第1候補と、対応する実数解との誤差と、前記整数値バイアスの整数解の第2候補と、対応する実数解との誤差との比を前記指標値として算出し、
前記2種類以上の閾値は、第1閾値と、前記第1閾値よりも小さい第2閾値とを含み、
前記テスト手段は、前記算出した指標値が前記第1閾値を越える場合には、前記整数値バイアスの整数解が妥当であると判断し、前記算出した指標値が前記第1閾値を越えないが前記第2閾値を越える場合には、特定の衛星に関する前記整数値バイアスの実数解及び整数解を排除して前記指標値を再算出し、該再算出した指標値と前記第1閾値との関係に基づいて、前記整数値バイアスの整数解の妥当性を評価することを特徴とする。
前記テスト手段が前記閾値を2種類以上用いて前記整数値バイアスの整数解の妥当性を評価し、
前記2種類以上の閾値は、第1閾値と、前記第1閾値よりも穏やかな第2閾値とを含み、
前記テスト手段は、前記算出した指標値が前記第1閾値を満たす場合には、前記整数値バイアスの整数解が妥当であると判断し、前記算出した指標値が前記第1閾値を満たさないが前記第2閾値を満たす場合には、特定の衛星に関する前記整数値バイアスの実数解及び整数解を排除して前記指標値を再算出し、該再算出した指標値と閾値との関係に基づいて、前記整数値バイアスの整数解の妥当性を評価することを特徴とする。
前記第1閾値及び/又は前記第2閾値は、前記実数解の信頼度を与えるパラメータに基づいて可変されることを特徴とする。
前記テスト手段は、前記再算出した指標値が、前記第1閾値を満たす場合には、前記整数値バイアスの整数解が妥当であると判断することを特徴とする。
前記実数解導出手段及び前記整数解導出手段は、前記テスト手段により再算出された指標値が前記第1閾値を満たす場合には、前記特定の衛星を排除して、前記整数値バイアスの実数解及び整数解を再演算することを特徴とする。
衛星からの受信電波の観測結果に基づいて、搬送波位相の積算値の整数値バイアスの実数解を導出する実数解導出手段と、
前記実数解導出手段により導出された実数解に基づいて整数値バイアスの整数解を導出する整数解導出手段と、
前記実数解導出手段により導出された整数値バイアスの実数解と前記整数解導出手段により導出された整数値バイアスの整数解との関係に基づいて、前記整数値バイアスの整数解の妥当性を指標する所定の指標値を算出し、該算出した指標値と閾値との関係に基づいて、前記整数値バイアスの整数解の妥当性を評価するテスト手段とを含み、
前記整数解導出手段は、一の実数解に対して少なくとも2以上の整数値バイアスの候補を導出し、該整数値バイアスの候補は、最も誤差が小さい第1候補と、次に誤差が小さい第2候補を少なくとも含み、
前記テスト手段は、前記整数値バイアスの整数解の第1候補と、対応する実数解との誤差と、前記整数値バイアスの整数解の第2候補と、対応する実数解との誤差との比を前記指標値として算出し、
前記テスト手段は、前記整数解導出手段により導出された整数値バイアスの整数解の第1候補が変化した場合、該変化前の整数解の第1候補と該変化後の実数解との関係に基づいて、前記指標値を算出し、該算出した指標値を、前記変化前の整数解の第1候補と前記変化前の実数解との関係に基づいて算出された前記指標値と比較し、これらの指標値間の差が所定基準値よりも小さい場合には、前記変化前の整数解が妥当であると判断することを特徴とする。
Loop)を用いて、受信したC/Aコードに対するレプリカC/Aコードの相関値がピークとなるコード位相を追尾する方法であってよい。
Φiu(t)=Θiu(t)−Θiu(t−τu)+Niu+εiu(t) 式(1)
ここで、τuは、GPS衛星10からGPS受信機32までのトラベル時間を示し、εiuは、ノイズ(誤差)を表わす。尚、位相差の観測開始時点では、GPS受信機32は、搬送波位相の1波長以内の位相を正確に測定できるが、それが何波長目に相当するかを確定できない。このため、位相積算値Φiu(t)には、上式に示すように、不確定な要素として整数値バイアスNiuが導入される。
ρiu(t)=c・τu+b 式(2)
ここで、cは光速であり、bは、クロックバイアスとも称され、GPS受信機32内の時計誤差による距離誤差に対応する。
Φik(t)=Θik(t)−Θik(t−τk)+Nik+εik(t) 式(3)
尚、Nikは、整数値バイアスを示し、εikは、ノイズ(誤差)を表わす。尚、位相積算値Φikについて、添え字kは基準局20側での積算値であることを示す。
ρik(t)=c・τk+b 式(4)
基準局20は、計測した位相積算値Φik及び擬似距離ρikを通信施設23を介して車両30(処理装置40)に送信する。尚、基準局20は、所定領域に複数設置されている。各基準局20と通信施設23(複数も可)とは、図2に示すように、インターネット等のネットワークを介して接続されてよく、若しくは、基準局20毎に通信施設23が設けられてもよい。前者の構成では、車両30は、通信施設23との間で通信可能な状態である限り、各基準局20が受信した情報を得ることができる。
Φjh ku=(Φjk(t)−Φju(t))−(Φhk(t)−Φhu(t)) 式(5)
一方、位相積算値の2重位相差Φjh kuは、(GPS衛星10iとGPS受信機22若しくは32との距離)=(搬送波の波長L)×(位相積算値)という物理的な意味合いから、次のようになる。
ρjh ku=(ρjk(t)−ρju(t))−(ρhk(t)−ρhu(t)) 式(7)
擬似距離の2重位相差ρjh kuは、次のように表せる。
η(i+1)=F・η(i)+u(i) 式(9)
ここで、η(i)は、観測周期i(=1,2...)での状態変数を表わし、車両30の位置[Xu(i)、Yu(i)、Zu(i)]、及び、nz個のGPS衛星101〜nzが観測可能な場合の整数値バイアスの2重位相差である。即ち、GPS衛星101を基準衛星(参照衛星)としたとき、η=[Xu、Yu、Zu、N12 ku、N13 ku、...、N1nz ku]Tである(Tは転置を表す)。また、uは、外乱(システム雑音:正規性白色雑音)である。
Z(i)=H(i)・η(i)+V(i) 式(10)
を用いて、ここで、Z及びVは、それぞれ、観測量及び観測ノイズ(正規性白色雑音)を示す。式(10)の観測量Zは、位相積算値の2重位相差Φjh ku(上記式(6)参照)及び擬似距離の2重位相差ρjh ku(上記式(8)参照)である。即ち、Z=[Φ12 ku、Φ13 ku、...、Φ1nz ku、ρ12 ku、ρ13 ku、...、ρ1nz ku]Tである。上記式(9)の状態方程式は線形であるが、観測量Zは、状態変数Xu、Yu及びZuに関して非線形であるため、式(6)及び式(8)の各項が状態変数Xu、Yu及びZuのそれぞれで偏微分され、上記式(10)の観測行列Hが求められる。
時間更新として、
η(i)(−)=η(i−1)(+) 式(11)
P(i)(−)=P(i−1)(+)+Q(i−1) 式(12)
また、観測更新として、
K(i)=P(i)(−)・HT(i)・(H(i)・P(i)(−)・HT(i)+R(i))−1 式(13)
η(i)(+)=η(i)(−)+K(i)・(Z(i)−H(i)・η(i)(−)) 式(14)
P(i)(+)=P(i)(−)−K(i)・H(i)・P(i)(−) 式(15)
ここで、Q,Rは、外乱uの共分散行列及び観測ノイズVの共分散行列をそれぞれ表わす。尚、上記式(11)及び式(14)がフィルタ方程式、上記式(13)がフィルタゲイン、上記式(12)及び式(15)が共分散方程式となる。η(i)(−)及びη(i)(+)は、それぞれ予測値及び推定値であり、P(i)(−)及びP(i)(+)は、それぞれ予測誤差共分散及び推定誤差共分散であり、η(i)(−)及びη(i)(+)の推定精度を表している。また、上記式(14)は、推定値η(i)(+)は、予測値η(i)(−)に、観測予測誤差にカルマンゲインK(修正ゲイン)を乗じたものを補正項として加えることで導出されることを示している。
ν(i)=Z(i)−H・η(+)(i) 式(16)
T=ν(i)Q−1ν(i)/m 式(17)
ここで、Qは、誤差行列であり、mは未知数の数を表す。
R={(n12−N12 2)2+(n13−N13 2)2+(n14−N14 2)2}/{(n12−N12 1)2+(n13−N13 1)2+(n14−N14 1)2} 式(18)
レシオRは、一般的に、高い値であるほど整数値バイアスの整数解の第1候補の信頼度が高いことを表す。
R’={(n13−N13 2)2+(n14−N14 2)2}/{(n13−N13 1)2+(n14−N14 1)2} 式(19)
ステップ308では、上記のステップ306で算出されたレシオR’(特定のGPS衛星を除外した新たなレシオR’)が、第1閾値αよりも大きいか否かが判定される。第1閾値αは、上記のステップ302の第1閾値αと同一であってよい。レシオR’が第1閾値αよりも大きい場合には、ステップ320に進み、レシオR’が第1閾値α以下の場合には、ステップ310に進む。
R”={(n12−N12 2’)2+(n13−N13 2’)2+(n14−N14 2’)2}/{(n12−N12 1’)2+(n13−N13 1’)2+(n14−N14 1’)2} 式(20)
ここで、(N12 1’、N13 1’、N14 1’)は、整数値バイアスの整数解の第1候補の前回周期の値を示し、(N12 2’、N13 2’、N14 2’)は、整数値バイアスの整数解の第2候補の前回周期の値を示す。但し、式(20)において、整数値バイアスの整数解の第2候補については、今回周期で得られたものが用いられてもよい。
20 基準局
22 基準局側GPS受信機
30 車両
32 車両側GPS受信機
40 処理装置
42 衛星位置算出部
48 整数値バイアス推定部
49 テスト部
50 車両センサ
Claims (5)
- 移動体に搭載され、該移動体の位置を測位する搬送波位相式移動体測位装置であって、
衛星からの受信電波の観測結果に基づいて、搬送波位相の積算値の整数値バイアスの実数解を導出する実数解導出手段と、
前記実数解導出手段により導出された実数解に基づいて整数値バイアスの整数解を導出する整数解導出手段と、
前記実数解導出手段により導出された整数値バイアスの実数解と前記整数解導出手段により導出された整数値バイアスの整数解との関係に基づいて、前記整数値バイアスの整数解の妥当性を指標する所定の指標値を算出し、該算出した指標値と閾値との関係に基づいて、前記整数値バイアスの整数解の妥当性を評価するテスト手段とを含み、
前記テスト手段は、前記閾値を2種類以上用いて、前記整数値バイアスの整数解の妥当性を評価し、
前記整数解導出手段は、一の実数解に対して少なくとも2以上の整数値バイアスの候補を導出し、該整数値バイアスの候補は、最も誤差が小さい第1候補と、次に誤差が小さい第2候補を少なくとも含み、
前記テスト手段は、前記整数値バイアスの整数解の第1候補と、対応する実数解との誤差と、前記整数値バイアスの整数解の第2候補と、対応する実数解との誤差との比を前記指標値として算出し、
前記2種類以上の閾値は、第1閾値と、前記第1閾値よりも小さい第2閾値とを含み、
前記テスト手段は、前記算出した指標値が前記第1閾値を越える場合には、前記整数値バイアスの整数解が妥当であると判断し、前記算出した指標値が前記第1閾値を越えないが前記第2閾値を越える場合には、特定の衛星に関する前記整数値バイアスの実数解及び整数解を排除して前記指標値を再算出し、該再算出した指標値と前記第1閾値との関係に基づいて、前記整数値バイアスの整数解の妥当性を評価することを特徴とする、移動体測位装置。 - 前記第1閾値及び/又は前記第2閾値は、前記実数解の信頼度を与えるパラメータに基づいて可変される、請求項1に記載の移動体測位装置。
- 前記テスト手段は、前記再算出した指標値が、前記第1閾値を越える場合には、前記整数値バイアスの整数解が妥当であると判断する、請求項1に記載の移動体測位装置。
- 前記実数解導出手段及び前記整数解導出手段は、前記テスト手段により再算出された指標値が前記第1閾値を越える場合には、前記特定の衛星を排除して、前記整数値バイアスの実数解及び整数解を再演算する、請求項1に記載の移動体測位装置。
- 移動体に搭載され、該移動体の位置を測位する搬送波位相式移動体測位装置であって、
衛星からの受信電波の観測結果に基づいて、搬送波位相の積算値の整数値バイアスの実数解を導出する実数解導出手段と、
前記実数解導出手段により導出された実数解に基づいて整数値バイアスの整数解を導出する整数解導出手段と、
前記実数解導出手段により導出された整数値バイアスの実数解と前記整数解導出手段により導出された整数値バイアスの整数解との関係に基づいて、前記整数値バイアスの整数解の妥当性を指標する所定の指標値を算出し、該算出した指標値と閾値との関係に基づいて、前記整数値バイアスの整数解の妥当性を評価するテスト手段とを含み、
前記整数解導出手段は、一の実数解に対して少なくとも2以上の整数値バイアスの候補を導出し、該整数値バイアスの候補は、最も誤差が小さい第1候補と、次に誤差が小さい第2候補を少なくとも含み、
前記テスト手段は、前記整数値バイアスの整数解の第1候補と、対応する実数解との誤差と、前記整数値バイアスの整数解の第2候補と、対応する実数解との誤差との比を前記指標値として算出し、
前記テスト手段は、前記整数解導出手段により導出された整数値バイアスの整数解の第1候補が変化した場合、該変化前の整数解の第1候補と該変化後の実数解との関係に基づいて、前記指標値を算出し、該算出した指標値を、前記変化前の整数解の第1候補と前記変化前の実数解との関係に基づいて算出された前記指標値と比較し、これらの指標値間の差が所定基準値よりも小さい場合には、前記変化前の整数解が妥当であると判断する、移動体測位装置。
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