JP5900075B2

JP5900075B2 - 変位計測システム

Info

Publication number: JP5900075B2
Application number: JP2012065890A
Authority: JP
Inventors: 互吉崎; 敏正鈴木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: JP2013195366A

Description

本発明は、変位を計測したい地点に設置した発信機からの信号を受信し、その受信位相差を利用して、発信機変位を観測する変位計測システムに関する。

変位を計測したい地点に設置した発信機からの受信位相を利用して、発信機変位を観測する従来技術としては、特許文献１のようなものがある。この特許文献では、位置が既知である固定点に設置された複数の受信機で受信した信号をそのまま用い、発信機位置が変位すれば、複数の受信機間での受信位相差も変化するという性質を利用して、発信機変位を計測している。

特許文献２では、電波発信機からの電波を複数の受信機で受信し、その受信信号間の位相差から、次式（１）の方程式を解くことにより電波発信機の位置を測定している。

ここで、（ｘ、ｙ、ｚ）は発信機の位置、
（Ｘ_ｎ、Ｙ_ｎ、Ｚ_ｎ）は第ｎ受信アンテナの位置、
λは電波の波長、Ｎは受信アンテナの総数、
φ_ｎ−１は第ｎ受信機と第１受信機との受信信号位相差、
ｋ_ｎ−１は位相整数値バイアスであり、前回の測位観測値から算出できる。

特許文献２において当社は、発信機電波の一時的な遮蔽等により受信状態が悪くなり観測位相が大きく変化し整数値バイアスを誤ることにより、精度の悪化を招いてしまうという課題に対して、発信機の電波を複数の受信機で受信し、各受信信号毎に発信機の位置を一定周期ごとに測位し、次回の測位予測値を推定するフィルタ手段を備えた測位装置を用いることにより、整数値バイアスを保持する必要が無く、電波の一時的な遮蔽或いはフェージング等がある場合でも、測位精度を保つことができる手法を提案した。

又、当社は特願２０１１−０７０８８２号公報において、発信機からの信号を複数受信機で受信し、その受信位相差から発信機変位を観測する変位計測システムにおいて、発信機変位が発生していなくても降雨等による計測環境の変動により受信位相が変化し、発信機変位を誤検知してしまうという課題に対して、運用開始前に晴天時のデータをデータベース化し、運用開始後の観測時の状況（季節、温度等）に最も近いデータをリファレンスデータとし、観測信号との相関係数の変化から、降雨を検知する手法を提案した。

特開２００８−２０２９６４号公報（第１−１１頁、第１図）特許第４３９７７３２号（第１−１８頁、第１図）

しかし、特許文献２に記載の発明では、発信機の電波が長時間連続して遮蔽された場合には、観測位相誤差による予測値誤差が積みあがり、測位計算の過程における位相差算出での整数値バイアスを誤り、波長のＮ倍の位相誤差が生じ測位計算結果において、連続性が途切れる状態のオフセット誤差を生じる課題があった。

従って、発信機の電波が長い時間連続して遮蔽された場合、追尾フィルタと遅延手段から得られる予測値を用いた測位結果は、遮蔽が解消された場合には、初期値からの連続した変位として、オフセット誤差を生じることなく、初期値からの連続した変位として継続する必要がある。予測値を最適化すると共に、その生成方法と予測値を切り替えて受信位相を処理する処理をシステマティックに判断する必要があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、発信機電波の遮蔽や計測環境の変化が長時間連続していること（すなわち、マルチパス環境が長時間連続して変化したこと）に起因する変位の誤検出（オフセット誤差）を抑制し、計測精度の向上を図る。更に、測位結果を用いた測位値予測には、時間平均や標準偏差など処理により平滑効果が得られ、遮蔽などの連続した変動要因に起因する大きな誤差を抑圧することにより、計測データの連続性を保つ変位計測システムを得ることを目的とする。

変位が計測される場所に設置された発信機からの電波を一定周期毎に、変位しない場所に設置された複数の受信機がそれぞれ受信した信号から位相観測値を算出する位相観測値算出部と、前記位相観測値と前記位相観測値の予測値である受信位相予測値とから測位予測誤差を算出する測位予測誤差算出部と、前記測位予測誤差に基づき測位結果及び次回周期での測位結果の予測値である次回測位結果予測値を算出する追尾フィルタと、前記次回測位結果予測値を一周期分遅延させた、追尾フィルタ予測値を算出する遅延手段と、過去の前記測位結果を平滑処理した、平滑フィルタ予測値を算出する平滑フィルタと、前記追尾フィルタ予測値と前記平滑フィルタ予測値との差分が、予め設定された変化判定量より小さい場合は前記追尾フィルタ予測値を取得し、前記変化判定量より大きい場合は前記平滑フィルタ予測値に切り替え取得して、測位予測値として出力する測位予測値算出部と、前記測位予測値をもとに前記受信位相予測値を算出する受信位相予測値算出部とを備えた。

本発明に係る変位計測システムによれば、変位量は計測周期に比べて小さいこと、又は電波の１波長に比べて変位量は小さいことに着目し、追尾フィルタにより算出した測位の予測値（以降これを、「追尾フィルタ予測値」と呼ぶ。）と、平滑フィルタにより過去の測位データに重み付けして算出した測位予測値（以降これを、「平滑フィルタ予測値」と呼ぶ。）との差分が、予め設定した変化判定量と比べて大きい場合は、発信機電波の遮蔽などの環境変化が長時間連続して発生し大きな誤差となったと判断し、追尾フィルタ予測値を平滑フィルタ予測値に切り替えて測位予測値を算出する。この結果、発信機電波の遮蔽が長時間連続したため発生する大きな誤差を抑制でき、計測精度の向上を図った変位計測システムを得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る変位計測システムの基本的な構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係るオフセット誤差発生の概要を示す図である。この発明の実施の形態１に係る予測値を用いたオフセット誤差の抑制概要を示す示す図である。この発明の実施の形態１に係る変位計測システムのブロック図である。この発明の実施の形態１に係る変位計測システムの動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１にて、通常の追尾フィルタの予測値と真値の状態を示す図である。この発明の実施の形態１にて、予測値誤差が大きくなる状態である。この発明の実施の形態１にて、追尾フィルタ予測値と平滑フィルタ予測値の比較状態図である。この発明の実施の形態２に係る変位計測システムのブロック図である。この発明の実施の形態３に係る変位計測システムのブロック図である。

実施の形態１．
まず始めに、本発明の基本概念について説明する。本発明は、次の３つの仮定に基づき、測位結果データを基に初期値から連続した測位予測値を算出し、追尾フィルタと遅延手段から得られた予測値との差分とあらかじめ設定された変化判定量とを比較して、その差分が変位判定量より大きい場合は、遮蔽等の外乱要因が連続している状態と判断して、測位予測値を用いて受信位相予測値算出を行うものである。

（仮定１）発信機に変位が生じた場合の発信機の変位は、数ミリ〜数センチメートル程度の大きさであり、発信機と受信機間の距離に比べると微小であると共に、１回の計測で計測する変位量は、受信する電波の１波長の長さより小さいこと。
（仮定２）発信機が遮蔽により計測位相に大きな誤差が生じた場合でも、遮蔽要因がなくなると計測位相の状態は遮蔽が起こる前に近い状態に戻る。
（仮定３）斜面の計測において計測する変位量の変化は、数ミリ〜数センチメートル程度／（数時間から数日において）の大きさであり、計測周期を数分〜１０数分とした場合の１回の計測における変位量は、電波の波長（例えば２．４ＧＨｚにおいては、約１２ｃｍ）に対して小さいものである。

本発明は、これら３つの仮定に着目し、追尾フィルタと遅延手段から得た測位の追尾フィルタ予測値と、測位結果の初期値から連続した測位データから時間平均や標準偏差などの処理により平滑処理され過去の測位結果に重み付けした平滑フィルタ予測値との差分と、あらかじめ設定された変化判定量と比較して、前述の差分が変化判定量より大きい場合には、計測位相誤差が大きく電波の遮蔽が長期間連続したことを検出して、受信位相予測値算出に用いる測位予測値を平滑フィルタ予測値に切り替えて受信位相を算出した後に、測位予測誤差を用いて追尾フィルタは測位結果を出力する。判定に用いる変化判定量は、例えば計測する電波の１波長の長さから１／４波長の長さを目安に設定される。

図１は、本実施の形態１における変位計測システムの基本的な構成を示す図である。本実施の形態では、ｎ台の発信機１とｍ個の受信機２で送受信系が構成され、送信信号ｓが既知の場合について説明する。計測を行う斜面等に発信機を設置し斜面の変位があると発信機の電波からの計測位相が変化することに着目して、変位の計測を行なうものであり、変位を計測したい地点に設置されたｎ台の発信機１（１）〜１（ｎ）と、設置箇所が変位しない場所に設置されたｍ個の受信機２（１）〜２（ｍ）で構成される。

図２は、本発明の実施の形態に係る変位計測システムでの測位結果１０１である。測位結果１０１にオフセット誤差が生じた状況、オフセット誤差発生時の受信電力の状態、オフセット誤差発生時の計測位相の状態を示している。図２（ａ）は、オフセット誤差が発生時の変位状態を示す図である。図のＡに示す部分は、オフセット誤差の発生前であり、一定のバラツキ幅（ランダム誤差）内にバラツイている。このバラツキ幅は、ＤＯＰ×λ×Δφに依存している。ここで、ＤＯＰとは、計測点の配置による電波位相変化の検出精度の劣化を示す位置精度劣化係数であり、ＤｉｌｕｔｉｏｎＯｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎの略である。λは、使用する電波の波長、Δφは位相差である。図のＢに示す部分では、発信機と受信機の間に介在する人間や車両などの障害物のため、電波が遮蔽され計測位相に大きな誤差が発生する。計測位相誤差が大きくなり、この状態が長時間連続すると、位相差算出時に整数バイアス誤差を生じる恐れがある。図のＣに示す部分では、発信機と受信機間の障害物がなくなり計測位相に大きな誤差はないが、整数バイアスの算出は前段の処理結果が反映され、オフセット誤差が生じる恐れがある。

図２（ｂ）は、オフセット誤差発生時の受信電力状態を示す図である。図のＢに示す部分では、発信機と受信機間の障害物で、電波が遮蔽されたため、受信電力も変動している。図２（ｃ）は、オフセット誤差発生時の計測位相状態を示す図である。図のＢに示す部分では、発信機と受信機間の障害物で、電波が遮蔽された場合、計測位相も大きく変動している。図のＣに示す部分では、電波の遮蔽が解消すると計測位相も元の状態に回復している。

図３は、本発明の実施の形態に係る変位計測システムでの測位結果１０１において、受信位相予測に用いる予測値を、過去の測位結果に重みを持たせ平滑処理した平滑フィルタ予測値１１１を用いることにより、受信位相の整数値バイアスを誤ることなく測位計算を行いオフセット誤差が抑制される状態を示している。

図３（ａ）は、オフセット誤差と追尾フィルタ予測値６１の状態を示す図である。図のＢに示す部分では、計測位相誤差が大きくなり、オフセット誤差が生じ始めている。しかし、図のＤに示す部分は、初期値から連続した測位データから時間平均や標準偏差などの処理により過去の測位結果に重みを持たせたフィルタ処置を実施した後の平滑フィルタ予測値１１１であり、オフセット誤差は発生しなくなる。この平滑フィルタ予測値１１１を用いることにより、連続的な遮蔽時に現れるオフセット誤差を抑圧することが出来る。図のＣに示す部分では、計測位相に大きな誤差は発生しない。図３（ｂ）は、オフセット誤差を抑圧した状態を示す図である。図のＢに示す部分では、平滑フィルタ予測値１１１を用いて、受信位相予測値５１を算出し、整数値バイアスの誤りを抑制することで、オフセット誤差を抑圧している。図のＣに示す部分でも、オフセット誤差を抑圧できている。

次に、図４は、本実施の形態における変位計測システムの処理を示すブロック図であり、これにより本システムの構成を説明する。実施の形態１における変位計測システムは、１台以上の発信機１の位置及び変位を一定周期ごとに計測する共に、次回の計測予測値を推定するフィルタ手段を備えており、複数台の受信機２、位相観測値算出部３、測位予測誤差算出部８、追尾フィルタ７、遅延手段６、受信位相予測算出部５、測位結果記録部１００、平滑フィルタ１１０、測位予測値算出部１２０、及び測位値判定データ記録部１３０を備えている。実施の形態１において、遮蔽が長時間連続した場合の計測位相誤差から測位結果１０１のオフセット誤差を抑制する予測値処理部２００は、測位結果記録部１００、平滑フィルタ１１０、測位予測値算出１２０、及び測位値判定データ記録部１３０を有している。

図５は、本実施の形態１に係る変位計測システムの動作を示すフローチャートであり、これにより動作を説明する。まず始めに、受信位相観測値算出部３は、ｍ個の受信機２（１）〜２（ｍ）からの受信データ（受信信号）から位相観測値３３を、発信機１と受信機２の組合せに対して算出する（ステップＳ１１）。測位予測誤差算出部８は、位相観測値３３と受信位相予測値算出部５が出力した受信位相予測値５１から測位予測誤差８１を算出する。（ステップＳ１２）。追尾フィルタ７は、測位予測誤差算出部８の出力である測位予測誤差８１から、次回周期における測位予測値を、例えば、α−βフィルタ、カルマンフィルタ等のフィルタにより推定すると共に、測位結果１０１のデータを出力する（ステップＳ１３）。遅延手段６は、推定された次回周期での測位予測値を１周期分遅延させた追尾フィルタ予測値６１を算出する（ステップＳ１４）。

このように、次回周期の測位予測値を１計測周期分遅延させてフィードバックすることにより、それぞれの受信信号ごとに、受信位相観測値３３と受信位相予測値５１との差分に基づき測位予測誤差８１を算出する。このようにして算出される測位予測誤差８１は、いずれかの受信信号を基準として算出されるものではなく、自らの受信信号の（位相）観測値と（位相）予測値との差分に基づくものである。この場合、各受信機毎の観測値及び予測値を用いて測位計算を行うために、位相整数値バイアスを保持する必要がないため、一時的な電波の遮蔽により整数値バイアスを誤る大きな誤差が発生する問題は解消できる。

しかし、電波の遮蔽された状態が長時間連続した場合、受信機全体に受信位相データ誤差が大きな状態が連続すると、追尾フィルタ７の設定によっては、測位予測値の計算において、電波の１波長の長さの位相変動以上の変位量を算出してしまう恐れがある。この状態が連続すると、受信位相予測値算出部５において、位相算出における整数値バイアスを誤る可能性があり、測位結果１０１に急激な変化をもたらす、オフセット誤差を生じる恐れがある。この問題を解消するため実施の形態１では、追尾フィルタ７にて算出した測位結果１０１を測位結果記録部１００にて、初期値（計測初期の観測値）からの測位結果１０１を連続したデータとして記録している（ステップＳ１５）。

次に、平滑フィルタ１１０は、測位結果記録部１００に初期値から連続して記録された測位データから、時間平均や標準偏差などの処理により平滑処理（フィルタ処理）し、過去の測位結果に重み付けした平滑フィルタ予測値１１１を算出する。ここで、過去の測位結果に重みを持たせて平滑処理した平滑フィルタ予測値１１１を算出することにより、直近の計測位相の誤差の影響を抑え、電波の遮蔽が連続した場合の整数値バイアス誤差を抑制できる（ステップＳ１６）。平滑処理には、前述以外にもα−β追尾フィルタやカルマンフィルタ等を用いることも可能である。

測位値判定データ記録部１３０は、測位値判定データである記録変化判定量１３１をあらかじめ記録しておく。記録される変化判定量１３１は、例えば電波の波長の１波長から１／４波長程度から見込まれる長さが設定される（ステップＳ１７）。測位予測値算出部１２０は、遅延手段６の出力である追尾フィルタ予測値６１と平滑フィルタ１１０の出力である平滑フィルタ予測値１１１との差分を計算し、その差分が測位値判定データ記録部１３０に記録された変化判定量１３１より大きいか比較し判定する（ステップＳ１８）。この変化判定量１３１は、例えば計測する電波の１波長の長さから１／４波長の長さを目安に設定される。

当該差分が、変化判定量１３１より小さい場合は、遮蔽が発生していない通常状態であると判定し、継続して追尾フィルタ予測値６１を測位予測値として出力する（ステップＳ１９）。当該差分が、変化判定量１３１より大きい場合は、遮蔽が発生した緊急状態であると判定し、測位予測値算出部１２０は追尾フィルタ予測値６１に切り替えて、測位予測値として出力する（ステップＳ２０）。次に、受信位相予測算出部５は、測位予測値算出部１２０にて切り替え出力した測位予測値１２１から、受信位相予測値５１を計算しへ測位予測誤差算出部８出力する（ステップＳ２１）。

図６から図８にはその判定の概要を示す。図において、発信機１の位置の真値は（ｘ，ｙ，ｚ）、微小な誤差を含む予測位置は、ｉ番目の受信アンテナの位置は（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）と表示している。図６は、通常の追尾フィルタ予測値６１と真値の状態を示す図である。通常、追尾フィルタ予測値６１は、受信位相の整数値バイアスを誤らない範囲にある。図７は、予測値誤差が大きくなる状態を示す図である。電波の遮蔽が連続して観測位相誤差が大きい状態が続くと、受信位相の整数値バイアスを誤る予測値を追尾フィルタ予測値６１として算出する恐れがある。図８は、追尾フィルタ予測値６１と平滑フィルタ予測値１１１の比較を示す図である。図中に、遅延手段６の出力である追尾フィルタ予測値６１と、平滑フィルタ１１０の出力である平滑フィルタ予測値１１１と、これら２つの予測値の差分を示す。この差分と変化判定量１３１とを比較し、その結果に応じて、受信位相予測値算出部５にて出力する予測値を切り替える。

以上のように、本実施の形態１によれば、測位予測値算出部１２０にて、追尾フィルタ７と遅延手段６から算出した追尾フィルタ予測値６１と、平滑フィルタ１１０から算出した平滑フィルタ予測値１１１との差分と、測位値判定データ記録部１３０に記録した変化判定量１３１とを比較し、２つの予測値を切り替えて受信位相の予測値算出を行っている。

このように、２つの予測値の切替処理を実施して測位を行うことにより、電波の遮蔽が長時間連続した場合に起因する測位結果のオフセット誤差を抑制し、計測精度の向上を図り且つ観測データの連続性を保持した変位計測システムを実現できる。また、変化判定量１３１の値との比較を行い、２つの予測値の差分が小さい場合は追尾フィルタ予測値６１を切り替えずに継続して計算することにより、測位計算における微小な変位にも追従できる。

実施の形態２．
実施の形態１では、測位予測値算出部１２０において、追尾フィルタ７と遅延手段６から算出した追尾フィルタ予測値６１と、平滑フィルタ１１０から算出した平滑フィルタ予測値１１１との差分と変化判定量１３１とを比較し、２つの予測値を切り替えて受信位相予測値５１を算出する場合について説明した。これについては、本実施の形態２も同様である。しかし、特願２０１１−０７０８８２号広報に記載されている、環境変化検出部４０にて検出した環境変化データ４１から作成した環境変化フラグ１５１を利用して、測位予測値算出部１２０での測位値予測において、測位結果の有効判定を行い測位予測値の精度を向上する場合について説明する。

本実施の形態２における変位計測システムの構成を示すブロック図を、図９に示す。予測値を用いてオフセット誤差を抑制した状態、追尾フィルタ予測値６１と平滑フィルタ予測値１１１の比較は、実施の形態１における図２、図３、図６〜図８と同じである。本実施の形態は図９のように、環境変化を検出する、データ取得部１０、データ記憶部２０、リファレンスデータ抽出部３０、環境変化検出部４０を備えている。また、予測値処理部２０１は、測位結果記録部１００、平滑フィルタ１１０、測位予測値算出部１２０、及び測位値判定データ記録部１３０に加えて、環境変化記録部１４０、環境変化フラグ検出１５０を更に備えている。

実施の形態１では、電波の遮蔽が連続した場合の予測値の精度向上について説明したが、雨天などの環境の変化でも計測位相に誤差が増える可能性があり実施の形態２では、環境変化検出部４０で算出した環境変化データ４１を用いて環境変化フラグ検出部１５０にて、観測周期ごとの時系列フラグである環境変化フラグ１５１を作成する。

特願２０１１−０７０８８２号公報に記載されているように、受信データ取得部１０は、システム運用開始前に、ｍ個の受信機２（１）〜２（ｍ）からの基準となるべき受信データ（受信信号）を、全ての発信機と受信機の組合せに対して収集する。より具体的には、受信データ取得部１０は、外乱要因がないシステム導入環境下での種々の計測条件での受信データ（例えば、春夏秋冬、昼夜等により異なる日射・温度条件下での晴天時の種々の受信データ）を取得し、データ記憶部２０に記憶させ、基準データをあらかじめデータベース化しておく。次に、システム運用開始後、リファレンスデータ抽出部３０は、計測を行っている時期および時間帯などの計測条件が類似している基準となる受信データをデータ記憶部２０から読み出し、リファレンスデータ３１として登録しておく。一方、受信データ取得部１０は、変位計測を行うため、発信機からの信号の受信を開始する。

環境変化検出部４０は、リファレンスデータ抽出部３０から読み出した基準となるリファレンスデータ３１と、変位計測時に取得した受信信号に基づく観測データ１１との相関係数を算出し、この相関係数が所定の閾値よりも低い場合には、計測環境の変化が発生したことを検出しアラームを発生すると共に、環境変化データ４１を出力する。この相関係数が所定の閾値よりも高い場合には、降雨などの計測環境の変化は無いと判定する。

環境変化記録部１４０は、環境変化検出部４０にて検出した相関係数データを基にした判定結果である環境変化データ４１を記録する。次に、環境変化フラグ検出部１５０は、環境変化検出部４０が出力し環境変化記録部１４０に記録された環境変化データ４１を検出して、観測周期ごとの時系列フラグである環境変化フラグ１５１を作成する。平滑フィルタ１１０では、測位結果記録部１００にある連続した測位結果１０１のデータについて、環境変化フラグ１５１を用いて有効か否かの有効判定を行い、時間平均や標準偏差などの処理により平滑処理の対象とする測位データを選択する。測位結果記録部１００に記録された測位結果１０１のデータにおいて、環境変化フラグ１５１により環境変化あり無効と判定された時間帯の測位結果１０１については、平滑フィルタ１１０の平滑処理に使用しないこととする。この結果、測位予測値１２１の精度を向上できる。

測位予測値算出部１２０では、実施の形態１と同様に、受信位相予測算出部５にて追尾フィルタ予測値６１から平滑フィルタ予測値１１１に切り替えて測位予測値１２１を算出する。受信位相予測算出部５では、測位予測値算出部１２０が切り替えて出力した測位予測値１２１を用いて、受信位相予測値を算出する。平滑フィルタ１１０では測位結果１０１データを平滑化して測位予測値を算出する際に、時系列の測位結果１０１データについて環境変化フラグ１５１を用いてデータの有効性を判定することにより、測位予測値算出部１２０における測位予測値１２１、ひいては測位予測誤差８１を抑えることができるため、電波の遮蔽が長時間連続した場合の整数値バイアス誤差を抑制できる。

以上のように、本実施の形態２によれば、環境変化検出部４０にて検出した相関係数データを基に判定した結果である環境変化データ４１から環境変化フラグ検出部１５０は環境変化フラグ１５１を作成する。この環境変化フラグ１５１を利用して平滑フィルタ１１０は平滑処理する対象である測位結果１０１が有効であるか判定を行うことにより、平滑フィルタ１１０の測位予測の精度を向上でき、ひいては、測位結果及び変位計測結果の精度も向上できる。

実施の形態３．
本実施の形態３における基本的な構成は、実施の形態１の図１と同じである。予測値を用いてオフセット誤差を抑制した状態、追尾フィルタ予測値と平滑フィルタ予測値の比較は、実施の形態１における図３、図６〜図８と同様である。図１０は、本実施の形態の変位計測システムの構成を示すブロック図である。図において、予測値処理部２０２は、測位結果記録部１００、平滑フィルタ１１０、測位予測値算出部１２０、測位値判定データ記録部１３０、環境変化記録部１４０、環境変化フラグ検出部１５０に加えて、外部補正受信部１７０を備えている。

実施の形態１，２では、電波の遮蔽が連続した場合の予測値の精度向上について説明したが、計測する場所での遮蔽状態が長期間続くようなケースでは、更に全ての受信機にて位相観測に誤差が増加する可能性がある。このため実施の形態３では、外部フィルタが測位結果１０１のデータを用いてフィルタ処理を行ない、測位予測値の精度を向上する場合について説明する。ここで、外部フィルタとは、本変位計測システムの外部に設けられ、平滑フィルタ１１０とのインターフェイスを備えた、平滑処理を行なうフィルタである。

次に、動作について説明する。図１０にて外部フィルタは、追尾フィルタ７が算出した測位結果１０１を受けて、外部フィルタ予測値１７１を出力する。外部補正受信部１７０は、この外部フィルタ予測値１７１を記録する。また、外部補正受信部１７０は、外部フィルタが出力した外部フィルタ予測値１７１等を外部フィルタと連動して取得するインターフェースも備えている。

通常、平滑フィルタ１１０は、実施の形態１で述べたように、測位結果記録部１００に初期から連続して記録された測位結果１０１のデータを、平滑処理し過去の測位結果に重み付けした平滑フィルタ予測値１１１を算出する。しかし、平滑フィルタ１１０の内部に切替スイッチ１１５を設けており、これを外部補正を取得する設定に切替えた場合は、外部補正受信部１７０に記録された外部フィルタ予測値１７１をそのまま、平滑フィルタ１１０が出力する平滑フィルタ予測値１１１として測位予測値算出部１２０に送る。すなわち、この場合、平滑フィルタ１１０は平滑処理していない。

測位予測値算出部１２０は、実施の形態１と同様に、受信位相予測算出部５に追尾フィルタ予測値６１と平滑フィルタ予測値１１１との差分を、変化判定量１３１と比較し
２つの予測値を切替えて、測位予測値１２１を出力する。これ以後は、実施の形態１又は実施の形態２と同様である。

以上のように、本実施の形態３によれば、外部に設けられたフィルタが出力した外部フィルタ予測値１７１を受けて記録する外部補正受信部１７０を備え、外部フィルタ予測値１７１を平滑フィルタ１１０の出力として切替えることにより、予想外の誤差が発生した場合であっても、測位精度を向上できる。

なお外部フィルタは、本変位計測システムとは異なる位置に設置された複数の受信機からの受信信号を用いて測位した測位結果を取得して、外部フィルタ予測値１７１を出力することも可能である。或いは、ＧＰＳを用いた変位計測システムなど、本変位計測システムとは異なる方法で計測した測位結果を取得して、外部フィルタ予測値１７１をこの外部フィルタが出力することも可能である。

また、外部フィルタは具体的には、変位計測に適した専用のフィルタであり、斜面の非線形な変形特性などを高速にシュミレートできるソフトウェアや、実際に変位計測を実施して決定した最適の係数値などを備えたものであっても良い。このようなフィルタを用いることにより、更に測位精度を向上できる。

また、外部補正受信部１７０が、外部フィルタと連動するインターフェースを有することもできる。この結果、外部に設けた外部フィルタから平滑フィルタ予測値の算出方法（平滑フィルタの動作方法）を、遠隔制御により選択することも実現できる。

１発信機
２受信機
３位相観測値算出部
５受信位相予測値算出部
６遅延手段
７追尾フィルタ
８測位予測誤差算出部
１０受信データ取得部
１１観測データ
２０データ記憶部
３０リファレンスデータ抽出部
３１リファレンスデータ
３３位相観測値
４０環境変化検出部
４１環境変化データ
５１受信位相予測値
６１追尾フィルタ予測値
８１測位予測値誤差
１００測位結果記録部
１０１測位結果
１１０平滑フィルタ
１１１平滑フィルタ予測値
１１５切替スイッチ
１２０測位予測値算出部
１２１測位予測値
１３０測位値判定データ記録部
１３１変化判定量
１４０環境変化記録部
１５０環境変化フラグ検出部
１５１環境変化フラグ
１７０外部補正受信部
１７１外部フィルタ予測値
２００予測値処理部

Claims

変位が計測される場所に設置された発信機からの電波を一定周期毎に、変位しない場所に設置された複数の受信機がそれぞれ受信した信号から位相観測値を算出する位相観測値算出部と、
前記位相観測値と前記位相観測値の予測値である受信位相予測値とから測位予測誤差を算出する測位予測誤差算出部と、
前記測位予測誤差に基づき測位結果及び次回周期での測位結果の予測値である次回測位結果予測値を算出する追尾フィルタと、
前記次回測位結果予測値を一周期分遅延させた、追尾フィルタ予測値を算出する遅延手段と、
過去の前記測位結果を平滑処理した、平滑フィルタ予測値を算出する平滑フィルタと、
前記追尾フィルタ予測値と前記平滑フィルタ予測値との差分が、予め設定された変化判定量より小さい場合は前記追尾フィルタ予測値を取得し、前記変化判定量より大きい場合は前記平滑フィルタ予測値に切り替え取得して、測位予測値として出力する測位予測値算出部と、
前記測位予測値をもとに前記受信位相予測値を算出する受信位相予測値算出部と、
を備えたことを特徴とする変位計測システム。
前記複数の受信機それぞれが受信する受信信号の基準となるリファレンスデータを登録するリファレンスデータ抽出部と、
前記リファレンスデータと、前記受信信号との相関係数を算出し、この相関係数が所定の閾値より低い場合には計測環境の変化が発生したことを検出し環境変化データを出力する環境変化検出部とを更に備え、
前記平滑フィルタは、前記環境変化データに基づき無効と判定される前記測位結果を前記平滑処理に使用しない
ことを特徴とする請求項１に記載の変位計測システム。
本変位計測システムの外部に設けた外部フィルタが平滑処理した外部フィルタ予測値を受けて記録する外部補正受信部を更に備え、
前記平滑フィルタは、前記外部フィルタを選択した場合には、前記外部補正受信部から取得した前記外部フィルタ予測値を前記平滑フィルタ予測値とする
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の変位計測システム。