JP6203608B2

JP6203608B2 - Ｇｌｏｎａｓｓ受信機

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Publication number: JP6203608B2
Application number: JP2013239185A
Authority: JP
Inventors: 真嗣小田
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2033-11-19
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Description

本発明は、ＧＬＯＮＡＳＳ（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）及びＧＰＳ（ＧｌａｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）の衛星信号を用いて測位を行なうＧＬＯＮＡＳＳ受信機に関する。

ＧＬＯＮＡＳＳ受信機は、ＧＬＯＮＡＳＳ及びＧＰＳの衛星信号を受信して、自機の位置を測定する。ＧＬＯＮＡＳＳは、ロシアの衛星測位システムであり、ＧＰＳは、米国の測位システムであり、これらは、別々の衛星測位システムである。

特開平１１−１０９０１６号公報

Ｕ．Ｒｏｓｓｂａｃｈ，"ＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇａｎｄＮａｖｉｇａｔｉｏｎＵｓｉｎｇｔｈｅＲｕｓｓｉａｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍＧＬＯＮＡＳＳ"，ｕｂ．ｕｎｉｂｗ−ｍｕｅｎｃｈｅｎ．ｄｅ，Ｊｕｎｉ２０００．

ところで、ＧＬＯＮＡＳＳ及びＧＰＳには、以下のような相違が挙げられる。まず、ＧＬＯＮＡＳＳの時刻系は、うるう秒調整されるが、ＧＰＳの時刻系は、うるう秒調整されない。よって、ＧＬＯＮＡＳＳ及びＧＰＳの混合測位を行なうにあたり、両時刻系を揃える必要があり、両時刻系を揃えるためには、両時刻系に対するうるう秒調整の有無を考慮する必要があり、両時刻系に対するうるう秒調整の有無を考慮しなければ、年に１回程度実施される可能性があるうるう秒調整タイミングにおいて測位異常を生じさせてしまうという課題がある。次に、ＧＬＯＮＡＳＳ及びＧＰＳの衛星信号は、異なる送信周波数を有する。よって、ＧＬＯＮＡＳＳ及びＧＰＳの混合測位を行なうにあたり、両衛星信号に対する自機内におけるバンドパスフィルタによる通過帯域幅の違いによって生じるハード遅延差を考慮しなければ、測位誤差を生じさせてしまうという課題がある。

特許文献１では、ハード遅延差を考慮しているが、ＧＬＯＮＡＳＳ時刻系のうるう秒調整を全く考慮していないため、ＧＬＯＮＡＳＳ及びＧＰＳの混合測位を行なうにあたり、うるう秒調整タイミングにおいて測位異常が生じる。また、ハード遅延差は、両衛星信号の送信周波数と同一周波数のパイロット信号を自機内の専用の生成回路で生成し、生成時刻及び受信時刻の時間差を自機内の専用のパイロット信号用受信チャンネル部で測定することにより計測される。よって、パイロット信号の生成回路及びパイロット信号用受信チャンネル部の分だけ、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機の回路規模が増大してしまう。

非特許文献１では、ＧＬＯＮＡＳＳ時刻系のうるう秒調整及びハード遅延差を考慮している。ここで、ＧＬＯＮＡＳＳ時刻系のうるう秒調整の影響を補正するための情報（以下、うるう秒補正情報と呼ぶ）は、ＧＰＳの航法データから取得し、取得したうるう秒補正情報を用いて、ＧＬＯＮＡＳＳ時刻系をＧＰＳ時刻系に変換することにより、ＧＬＯＮＡＳＳ及びＧＰＳの混合測位を行なう。そして、ハード遅延差は、ＧＰＳとＧＬＯＮＡＳＳのバンドパスフィルタの時定数差のことであり、前記時定数差は、ＧＰＳとＧＬＯＮＡＳＳの信号到達の違いを生じさせ、結果的にＧＰＳとＧＬＯＮＡＳＳの間の相対的な受信時刻差になる。そこで、ハード遅延差は、ＧＰＳとＧＬＯＮＡＳＳの間の相対的な受信時刻差を未知量として追加した測位方程式を解くことにより推定されている。ここで、バンドパスフィルタの時定数は、設計時に理論計算可能ではあるが、実環境における温度変化や部品個体差によるアナログ回路特性の変化のため、測位誤差を少なくするためには理論計算値を用いずに推定する必要がある。ハード遅延差を推定することにより、ハード遅延差による測位結果への影響が排除されている。

ところで、ＧＰＳの航法データ内のうるう秒補正情報は、１２．５分間隔で送信されている。よって、最新のうるう秒補正情報は、受信状況が良いオープンスカイ環境においても最大１２．５分間待つ必要があり、リアルタイムに取得することができない。そして、最新のうるう秒補正情報を得ることができなければ、過去に受信したうるう秒補正情報を用いることになる。過去のうるう秒補正情報は、最新のうるう秒補正情報と一致している保証はないため、最新のうるう秒調整によって、±１秒以上の誤差を含む可能性がある。

±１秒以上のうるう秒補正誤差は、光速を乗じて距離換算すればＧＰＳとＧＬＯＮＡＳＳの擬似距離間のオフセット的な距離誤差となり、前記距離誤差を除去できなければ測位結果に影響を及ぼすことになる。±１秒以上のうるう秒補正誤差を距離換算せずにＧＬＯＮＡＳＳ及びＧＰＳの間の相対的な受信時刻差とし、前記相対的な受信時刻差を未知量として追加した測位方程式を用いれば、±１秒以上のうるう秒補正誤差は、ハード遅延差とともに未知量に吸収される。そして、ハード遅延差及び±１秒以上のうるう秒補正誤差は、一つの未知量として推定される。つまり、この一つの未知量は、数十ｎｓオーダーのハード遅延差及び秒オーダーのうるう秒補正誤差を線形結合した形になり、測位方程式で推定される。しかしながら、数十ｎｓオーダーのハード遅延差と秒オーダーのうるう秒補正誤差の比は約１０^８倍であるため、うるう秒調整タイミングではこの一つの未知量が約１０^８倍変化する。推定する未知量が１０^８倍もの非線形な変化をする場合には、この変化に対して小さすぎるオーダーであるハード遅延差を精度良く推定できない。未知量が精度良く推定できなければ、大きな測位誤差が生じる。

そこで、前記課題を解決するために、本発明は、ＧＬＯＮＡＳＳ及びＧＰＳの混合測位を行なうＧＬＯＮＡＳＳ受信機において、うるう秒調整誤差がないうるう秒補正情報をリアルタイムに取得し、回路規模を増大させることなく、ハード遅延差を精度よく推定し、測位異常及び測位誤差を生じさせないことを目的とする。

上記目的を達成するために、ＧＬＯＮＡＳＳ時刻系のＧＬＯＮＡＳＳの衛星送信時刻情報と、ＧＰＳ時刻系のＧＰＳの衛星送信時刻情報と、を標準時の時差の補償後に比較することにより、うるう秒補正値を算出することとした。

具体的には、本発明は、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星から受信したＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号を復調して、ＧＬＯＮＡＳＳ時刻系のＧＬＯＮＡＳＳの衛星送信時刻情報を取得するＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号復調部と、ＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ衛星信号を復調して、ＧＰＳ時刻系のＧＰＳの衛星送信時刻情報を取得するＧＰＳ衛星信号復調部と、前記ＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号復調部が取得した前記ＧＬＯＮＡＳＳ時刻系のＧＬＯＮＡＳＳの衛星送信時刻情報と、前記ＧＰＳ衛星信号復調部が取得した前記ＧＰＳ時刻系のＧＰＳの衛星送信時刻情報と、を標準時の時差の補償後に比較することにより、うるう秒補正値を算出するうるう秒補正値算出部と、を備えることを特徴とするＧＬＯＮＡＳＳ受信機である。

この構成によれば、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機において、最新のうるう秒補正情報を取得することができるため、測位異常を生じさせないことができる。

また、本発明は、前記ＧＬＯＮＡＳＳ衛星及び自機の間の擬似距離及び幾何学距離、前記ＧＰＳ衛星及び自機の間の擬似距離及び幾何学距離、前記うるう秒補正値算出部が算出した前記うるう秒補正値を観測量とし、前記ＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号及び前記ＧＰＳ衛星信号の自機内のバンドパスフィルタの時定数差であるハード遅延差を未知量とした測位方程式を解くことにより、前記ハード遅延差を推定するとともに、自機の位置を測定するハード遅延差推定付き自機位置測定部、をさらに備えることを特徴とするＧＬＯＮＡＳＳ受信機である。

この構成によれば、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機において、回路規模を増大させずに、ハード遅延差を精度よく推定することができるため、測位誤差を生じさせないことができる。

また、本発明は、前記ハード遅延差推定付き自機位置測定部は、前記ハード遅延差の推定精度を前記測位方程式の未知量の分散計算式に基づいて算出し、前記測位方程式の未知量の分散計算式に基づいて算出した前記ハード遅延差の推定精度が、所定の閾値未満のときには、前記測位方程式において前記ハード遅延差を未知量として自機の位置を測定し、前記測位方程式の未知量の分散計算式に基づいて算出した前記ハード遅延差の推定精度が、前記所定の閾値以上のときには、前記測位方程式においてバックアップ値又はデフォルト値の前記ハード遅延差を用いて自機の位置を測定することを特徴とするＧＬＯＮＡＳＳ受信機である。

ハード遅延差の推定精度が高いと見込まれるときには、測位方程式においてハード遅延差を未知量として精度よく推定する。ハード遅延差の推定精度が低いと見込まれるときには、測位方程式においてハード遅延差を推定精度がある程度は高いと見込まれた既知数とする。よって、測位誤差を生じさせないことができる。

このように、本発明は、ＧＬＯＮＡＳＳ及びＧＰＳの混合測位を行なうＧＬＯＮＡＳＳ受信機において、うるう秒調整誤差がないうるう秒補正情報をリアルタイムに取得し、回路規模を増大させることなく、ハード遅延差を精度よく推定し、測位異常及び測位誤差を生じさせないことができる。

本発明のＧＬＯＮＡＳＳ受信機の構成を示す図である。各時刻系の関係を示す図である。本発明のうるう秒補正値算出処理を示すフローチャートである。本発明のハード遅延差推定付き自機位置測定処理を示すフローチャートである。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

本発明のＧＬＯＮＡＳＳ受信機の構成を図１に示す。ＧＬＯＮＡＳＳ受信機Ｒは、アンテナＡ、ダウンコンバータ１１、１２、バンドパスフィルタ１３、１４、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号受信チャンネル１５−１〜１５−Ｎ、ＧＰＳ衛星信号受信チャンネル１６−１〜１６−Ｎ、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号復調部１７−１〜１７−Ｎ、ＧＰＳ衛星信号復調部１８−１〜１８−Ｎ、うるう秒補正値算出部１９及びハード遅延差推定付き自機位置測定部２０から構成される。アンテナＡは、ＧＬＯＮＡＳＳ及びＧＰＳの衛星信号を受信する。

ダウンコンバータ１１は、ＧＬＯＮＡＳＳの衛星信号をデジタル回路で処理しやすくするためにダウンコンバートする。ダウンコンバータ１２は、ＧＰＳの衛星信号をデジタル回路で処理しやすくするためにダウンコンバートする。

バンドパスフィルタ１３は、ＧＬＯＮＡＳＳの衛星信号のＬ１信号を取り出すにあたり、搬送波周波数１６０２ＭＨｚ＋ｋ×５６２．５ｋＨｚ（ｋは−７から６までの整数）を中心に、帯域が約９ＭＨｚの範囲以内の信号を通過させる。バンドパスフィルタ１４は、ＧＰＳの衛星信号のＬ１信号を取り出すにあたり、搬送波周波数１５７５．４２ＭＨｚを中心に、帯域が約２ＭＨｚの範囲以内の信号を通過させる。ＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号及びＧＰＳ衛星信号の自機Ｒ内におけるハード遅延差は、バンドパスフィルタ１３及びバンドパスフィルタ１４の通過帯域幅の相違に基づいて生じうる。

ＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号受信チャンネル１５−１〜１５−Ｎは、Ｎ個の各々のチャンネルで、ＧＬＯＮＡＳＳのＮ個の各々の衛星信号を受信する。ＧＰＳ衛星信号受信チャンネル１６−１〜１６−Ｎは、Ｎ個の各々のチャンネルで、ＧＰＳのＮ個の各々の衛星信号を受信する。ここでの「受信する」とは、衛星信号を捕捉し、追尾して、航法データのビット情報を取り出す動作のことである。

ＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号復調部１７−１〜１７−Ｎは、Ｎ個の各々のチャンネルについて、ＧＬＯＮＡＳＳのＮ個の各々の衛星信号を復調する。ＧＰＳ衛星信号復調部１８−１〜１８−Ｎは、Ｎ個の各々のチャンネルについて、ＧＰＳのＮ個の各々の衛星信号を復号する。ここでの「復調する」とは、追尾して取り出された航法データのビット情報から、航法データ情報、衛星送信時刻情報及び各種補正パラメータなど、測位に必要な情報を取り出すことである。

航法データ情報は、衛星位置を計算するためのエフェメリス情報やアルマナック情報のことであり、衛星送信時刻情報は、衛星システムの所定基準時刻からの経過時間のことである。また、衛星送信時刻情報の時刻系は、ＧＰＳの場合はＧＰＳ時刻系であり、ＧＬＯＮＡＳＳの場合はＧＬＯＮＡＳＳ時刻系である。各種補正パラメータとは、衛星時計補正情報や電離層補正情報やうるう秒補正情報のことである。

ＧＰＳとＧＬＯＮＡＳＳで補正パラメータの内容が異なり、ＧＰＳでは１２．５分毎にうるう秒補正情報を取り出すことができるが、ＧＬＯＮＡＳＳの補正パラメータにはうるう秒補正情報は存在しない。また、都市部走行のように電波が遮断されやすかったり、信号強度が劣化するような受信状況が悪い環境下では、衛星信号を受信することはできても、復調することができないことがある。このため、ＧＰＳ衛星信号復調部１８−１〜１８−Ｎにおいて、１２．５分毎に必ずうるう秒補正情報を取得することができるとは限らない。本発明では、ＧＰＳの補正パラメータから取り出されるうるう秒補正情報は使用せず、新たに設けるうるう秒補正値算出部１９を使用する。

うるう秒補正値算出部１９については、図２及び図３を用いて後述する。ハード遅延差推定付き自機位置測定部２０については、図４を用いて後述する。

うるう秒補正値算出部１９は、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号復調部１７−１〜１７−Ｎから出力されるＧＬＯＮＡＳＳ時刻系のＧＬＯＮＡＳＳの衛星送信時刻情報を取得し、ＧＰＳ衛星信号復調部１８−１〜１８−Ｎから出力されるＧＰＳ時刻系のＧＰＳの衛星送信時刻情報を取得し、取得したＧＬＯＮＡＳＳ時刻系のＧＬＯＮＡＳＳの衛星送信時刻情報をＵＴＣ（ＣｏｏｒｄｉｎａｔｅｄＵｎｉｖｅｒｓａｌＴｉｍｅ）に変換し、変換したＧＬＯＮＡＳＳ時刻系のＧＬＯＮＡＳＳの衛星送信時刻情報をＧＰＳ時刻系のＧＰＳの衛星送信時刻情報と比較することにより、うるう秒補正値を算出する。

各時刻系の関係を図２に示す。ＵＴＣは、国際協定に基づく世界時刻である。ＧＬＯＮＡＳＳ時刻及びＵＴＣは、うるう秒調整が実施される。一方、ＧＰＳ時刻は、うるう秒調整が実施されない。最近では、２０１２年６月末日にうるう秒調整のためにＧＬＯＮＡＳＳ時刻及びＵＴＣに＋１秒が挿入されたが、ＧＰＳ時刻には＋１秒は挿入されていない。ＧＬＯＮＡＳＳ時刻から３時間を減算すれば、ＵＴＣに変換することができる。さらに、ＵＴＣとＧＰＳ時刻の差を計算すれば、うるう秒補正値Δｔ_ＬＳを算出することができる。

よって、うるう秒補正値算出部１９は、ＧＬＯＮＡＳＳ時刻系のＧＬＯＮＡＳＳの衛星送信時刻から３時間を減算したＵＴＣを計算し、ＧＰＳ時刻系のＧＰＳの衛星送信時刻からＵＴＣを減算すれば、うるう秒補正値Δｔ_ＬＳを計算することができる。ここで、うるう秒補正値算出部１９は、ＧＬＯＮＡＳＳ及びＧＰＳの衛星信号を受信することにより、ＧＬＯＮＡＳＳ時刻系のＧＬＯＮＡＳＳの衛星送信時刻及びＧＰＳ時刻系のＧＰＳの衛星送信時刻をリアルタイムに取得することができる。よって、うるう秒補正値算出部１９は、うるう秒補正値Δｔ_ＬＳをリアルタイムに計算することができる。

本発明のうるう秒補正値算出処理を示すフローチャートを図３に示す。うるう秒補正値算出部１９は、ＧＬＯＮＡＳＳ時刻の情報として、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号復調部１７−１〜１７−Ｎから出力されるＧＬＯＮＡＳＳの衛星送信時刻情報を取得し、ＧＰＳ時刻の情報として、ＧＰＳ衛星信号復調部１８−１〜１８−Ｎから出力されるＧＰＳの衛星送信時刻情報を取得し、ＧＬＯＮＡＳＳ及びＧＰＳの衛星送信時刻について、ＧＬＯＮＡＳＳ時刻系とＵＴＣの３時間時差の補償後の差分量を算出し、差分量の小数点第一位以下を四捨五入することにより、うるう秒補正値Δｔ_ＬＳを算出する。

以下、具体的に説明する。ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの共用測位が可能状態であるかどうかを判断する（ステップＳ１）。共用測位が可能状態であると判断すれば（ステップＳ１においてＹＥＳ）、ステップＳ２に進む。共用測位が不能状態であると判断すれば（ステップＳ１においてＮＯ）、本処理を終了する。以下、ステップＳ２〜Ｓ５を説明する。

ＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号復調部１７−１〜１７−Ｎから出力されるＧＬＯＮＡＳＳの衛星送信時刻情報と、ＧＰＳ衛星信号復調部１８−１〜１８−Ｎから出力されるＧＰＳの衛星送信時刻情報と、を取得する（ステップＳ２）。図２で示したように、ＧＬＯＮＡＳＳの衛星送信時刻から３時間を減算して、ＧＬＯＮＡＳＳの衛星送信時刻をＧＬＯＮＡＳＳ時刻系からＵＴＣに変換する（ステップＳ３）。図２で示したように、変換したＧＬＯＮＡＳＳの衛星送信時刻とＧＰＳの衛星送信時刻の差分量を計算する（ステップＳ４）。差分量の小数点第一位以下を四捨五入して、うるう秒補正値Δｔ_ＬＳを計算する（ステップＳ５）。

ＧＬＯＮＡＳＳ及びＧＰＳの衛星送信時刻は、ＧＬＯＮＡＳＳ時刻系及びＧＰＳ時刻系において１秒よりはるかに小さいオーダーの誤差しか含まない。よって、ＧＬＯＮＡＳＳ及びＧＰＳの衛星送信時刻について、ＧＬＯＮＡＳＳ時刻系とＵＴＣの時差（３時間）の補償後の差分量を算出し、差分量の小数点第一位以下を四捨五入することにより、うるう秒誤差のないうるう秒補正値Δｔ_ＬＳを算出することができる。

以上の説明では、うるう秒補正値算出部１９は、ＧＬＯＮＡＳＳ時刻系のＧＬＯＮＡＳＳの衛星送信時刻から３時間を減算してＵＴＣのＧＬＯＮＡＳＳの衛星送信時刻に変換し、ＵＴＣのＧＬＯＮＡＳＳの衛星送信時刻をＧＰＳ時刻系のＧＰＳの衛星送信時刻と比較することにより、うるう秒補正値を算出している。

変形例として、うるう秒補正値算出部１９は、ＧＰＳ時刻系のＧＰＳの衛星送信時刻に３時間を加算し、３時間を加算されたＧＰＳの衛星送信時刻をＧＬＯＮＡＳＳ時刻系のＧＬＯＮＡＳＳの衛星送信時刻と比較することにより、うるう秒補正値を算出してもよい。

より一般的に、うるう秒補正値算出部１９は、ＧＬＯＮＡＳＳ時刻系のＧＬＯＮＡＳＳの衛星送信時刻及びＧＰＳ時刻系のＧＰＳの衛星送信時刻を、標準時の時差の補償後に比較することにより、うるう秒補正値を算出してもよい。

ハード遅延差推定付き自機位置測定部２０は、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号復調部１７−１〜１７−Ｎから出力されるＧＬＯＮＡＳＳ衛星情報と、ＧＰＳ衛星信号復調部１８−１〜１８−Ｎから出力されるＧＰＳ衛星情報と、うるう秒補正値算出部１９が取得したうるう秒補正情報を使用し、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号用のバンドパスフィルタ１３とＧＰＳ衛星信号用のバンドパスフィルタ１４の通過帯域幅の相違によって生じるハード遅延差を未知量にした測位方程式を解くことにより、ハード遅延差を推定するとともに、自機Ｒの位置を測定する。

測位方程式の観測量である擬似距離は、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号復調部１７−１〜１７−Ｎから出力されるＧＬＯＮＡＳＳの衛星送信時刻と、ＧＰＳ衛星信号復調部１８−１〜１８−Ｎから出力されるＧＰＳの衛星送信時刻から、数１及び数２によって算出する。

ρ_ＧＰＳは、ＧＰＳ衛星及び自機Ｒの間の擬似距離である。ρ_ＧＬＯは、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星及び自機Ｒの間の擬似距離である。ｃは、光速である。ｔ_ｕは、自機Ｒの時計の時刻である。ｔ_ＧＰＳ及びｔ_ＧＬＯは、それぞれ、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの衛星送信時刻である。Ｓ_ｉ≡［ｘ^Ｓｉｙ^Ｓｉｚ^Ｓｉ］^Ｔは、ｉ番目の衛星（ＧＰＳ衛星又はＧＬＯＮＡＳＳ衛星）の位置である。ｕ≡［ｘ_ｕｙ_ｕｚ_ｕ］^Ｔは、自機Ｒの位置である。

本実施形態では、さらに、電離層遅延、対流圏遅延、自機Ｒの時計誤差、衛星の時計誤差及び白色ガウス雑音を考える。ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの衛星信号を受信することにより観測された擬似距離は、数３及び数４で表される。

ｒは、ｉ番目の衛星及び自機Ｒの間の幾何学距離である。δＩは、ｉ番目の衛星及び自機Ｒの間の電離層遅延である。δＴは、ｉ番目の衛星及び自機Ｒの間の対流圏遅延である。δｔ_ｕは、自機Ｒの時計誤差である。δｔ^Ｓｉは、ｉ番目の衛星の時計誤差である。ｅは、ｉ番目の衛星及び自機Ｒの間についての白色ガウス雑音で、平均が０であり、分散がσ^２である。

Δｔ_ＬＳは、うるう秒補正値算出部１９が算出したうるう秒補正値である。Δｔ_{ＵＴＣ−ＧＬＯ}は、ＵＴＣ及びＧＬＯＮＡＳＳ時刻系の時差分の３時間である。δｂ_ＧＬＯは、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号用のバンドパスフィルタ１３とＧＰＳ衛星信号用のバンドパスフィルタ１４の通過帯域幅の相違によって生じるハード遅延差である。

幾何学距離ｒは、ｉ番目の衛星及び自機Ｒの位置に基づく、非線形関数である（数５）。

幾何学距離ｒを線形化するために、自機Ｒの概略位置ｕ_０の周りで、１次の項までテーラー展開する（数６）。

ここで、ｇは、方向余弦行列と呼び、ｉ番目の衛星の位置Ｓ_ｉ及び自機Ｒの概略位置ｕ_０の間の幾何学距離の勾配ベクトルの転置行列である（数７）。

数３、数４及び数６での未知量は、自機Ｒの位置ｕ、自機Ｒの時計誤差δｔ_ｕ、並びに、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号及びＧＰＳ衛星信号の自機Ｒ内におけるハード遅延差δｂ_ＧＬＯである。また、数３、数４及び数６での観測量及び既知量は、ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの擬似距離ρ_ＧＰＳ及びρ_ＧＬＯと、衛星位置Ｓ_ｉと、自機Ｒの概略位置ｕ_０と、幾何学距離ｒと、対流圏遅延δＴと、電離層遅延δＩと、衛星時計誤差δｔ^Ｓｉと、うるう秒補正値Δｔ_ＬＳと、ＧＬＯＮＡＳＳ時刻系とＵＴＣの時差Δｔ_{ＵＴＣ−ＧＬＯ}である。

ここで、衛星位置Ｓ_ｉ及び衛星時計誤差δｔ^Ｓｉは、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号復調部１７−１〜１７−Ｎ及びＧＰＳ衛星信号復調部１８−１〜１８−Ｎから出力される航法データ情報（エフェメリス情報）と補正パラメータから計算され、対流圏遅延δＴは、周知のモデル式を使用して計算され、電離層遅延δＩは、ＧＰＳ衛星信号復調部１８−１〜１８−Ｎから出力される補正パラメータを使用して計算される。

ＧＰＳ及びＧＬＯＮＡＳＳの衛星信号を受信して得られる観測量及び既知量を左辺にまとめ、求めたい未知量を右辺にまとめると、測位方程式は、数８のように書き換えられる。

ここで、ｙは観測ベクトル、Ｈは計画行列、θは未知ベクトル、εは誤差ベクトルであり、ｙ、Ｈ、θ、εは、それぞれ、数９〜数１２で表される。

１番目の衛星は、ＧＰＳ衛星であるとした。ｉ番目の衛星は、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星であるとした。ここで、捕捉したＧＰＳの衛星数をｍとし、捕捉したＧＬＯＮＡＳＳの衛星数をｎとすると、観測ベクトルｙ及び誤差ベクトルεは、ｍ＋ｎ行１列の行列である。方向余弦行列ｇは、１行３列の行列であり、よって、計画行列Ｈは、ｍ＋ｎ行５列の行列である。自機Ｒの位置ｕ及び概略位置ｕ_０は、３行１列のベクトルであり、自機Ｒの時計誤差δｔ_ｕは、１行１列であり、ハード遅延差δｂ_ＧＬＯは、１行１列であり、よって、未知ベクトルθは、５行１列のベクトルである。

数８の測位方程式の未知ベクトルθを推定するため、数１３の最小二乗法を用いる。

ここで、Ｐは、観測量の分散値で構成される重み行列である。また、数１１の自機Ｒの概略位置ｕ_０が不明な時は、自機Ｒの概略位置を地球中心（ゼロ点）にして数１３を解き、数１３を解いて得られた自機Ｒの推定位置ｕを自機Ｒの概略位置ｕ₀に設定して再び数１３を解くという、数１３の繰り返し計算を実行するようにする。ここでは最小二乗法で未知ベクトルを推定する（解く）方法を説明したが、カルマンフィルタで未知ベクトルを推定するようにしても良い。カルマンフィルタは未知量ベクトルの時間変化モデルが適切に設計できれば最小二乗法より未知量の推定精度が良くなるという特徴がある。

本発明のハード遅延差推定付き自機位置測定処理を示すフローチャートを図４に示す。ハード遅延差推定付き自機位置測定部２０は、測位方程式を解く前に、ＧＬＯＮＡＳＳ及びＧＰＳの衛星信号の通過帯域幅の相違によって生じるハード遅延差の推定精度の善し悪しを判断し、ハード遅延差の推定精度が良いと見込まれるときには、ハード遅延差を未知量として測位方程式を解くことで、自機Ｒの位置及びハード遅延差を推定し、ハード遅延差の推定精度が悪いと見込まれるときには、推定するよりは精度が良いバックアップ値又はデフォルト値をハード遅延差に用いて測位方程式を解くことで、自機Ｒの位置を推定する。

ハード遅延差の推定精度の評価指標として、ＤＯＰ（ＤｉｌｕｔｉｏｎｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎ）を用いる。ＤＯＰは、測位方程式を解くことで推定される自機Ｒの位置ｕ及び自機Ｒの時計誤差δｔ_ｕの推定精度の評価指標として用いられるが、本発明では、ハード遅延差の推定精度の評価指標として用いられるように拡張する。そして、評価指標の値によって、推定精度の善し悪しを判断する。

数１３の重み行列ＰをＰ＝Ｉとする。数９の観測ベクトルｙの分散をＣｏｖ（ｙ）＝Ｉとする。ここで、Ｃｏｖ（ｙ）は、変数ｙの分散であることを意味し、Ｉは、単位行列である。数１１の未知ベクトルθの分散は、数１４で表される。

未知ベクトルθの分散Ｃｏｖ（θ）のＴｒａｃｅを、数１５のように表す。

ＧＤＯＰ（ＧｅｏｍｅｔｒｉｃａｌＤＯＰ）、ＰＤＯＰ（ＰｏｓｉｔｉｏｎＤＯＰ）、ＴＤＯＰ（ＴｉｍｅＤＯＰ）及びＧＧＴＤＯＰ（ＧＰＳｔｏＧＬＯＮＡＳＳＴｉｍｅＤＯＰ）は、それぞれ、数式１６〜１９で表される。

数１８のＴＤＯＰ及び数１９のＧＧＴＤＯＰが所定の閾値（例えば３）より小さいときには、ハード遅延差の推定精度が良くなる。数１８のＴＤＯＰ又は数１９のＧＧＴＤＯＰが所定の閾値（例えば３）より大きいときには、ハード遅延差の推定精度が悪くなる。ハード遅延差の推定精度が悪いと判断した場合は、過去に良い精度で推定されたハード遅延差を用いて測位方程式を解くようにする。

以下、具体的に説明する。数８の測位方程式を立てる（ステップＳ１１）。捕捉された衛星数が閾値（ここでは、未知ベクトルθの行数に等しい数）以上であるかどうかを判断する（ステップＳ１２）。数１８のＴＤＯＰ及び数１９のＧＧＴＤＯＰが閾値（例えば３）未満であるかどうか判断する（ステップＳ１３）。判断結果に応じて、以下の処理を行なう。

捕捉された衛星数が閾値以上であるとともに（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、数１８のＴＤＯＰ及び数１９のＧＧＴＤＯＰが閾値未満であれば（ステップＳ１３においてＹＥＳ）、ハード遅延差の推定精度は良いと判断する。よって、ハード遅延差の推定値を未知量にした数８の測位方程式を最小二乗法で解く（ステップＳ１４）。測位方程式を解いた後は、推定したハード遅延差をバックアップする（ステップＳ１５）。

捕捉された衛星数が閾値以上であるとしても（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、数１８のＴＤＯＰ又は数１９のＧＧＴＤＯＰが閾値以上であれば（ステップＳ１３においてＮＯ）、ハード遅延差の推定精度は悪いと判断する。

ハード遅延差の推定精度が悪いと判断した場合は、バックアップしたハード遅延差があれば（ステップＳ１６においてＹＥＳ）、バックアップしたハード遅延差を用いて測位方程式を解き（ステップＳ１７）、バックアップしたハード遅延差がなければ（ステップＳ１６においてＮＯ）、デフォルト値のハード遅延差を用いて測位方程式を解く（ステップＳ１８）。ここで、デフォルト値とは、工場出荷時又は受信機開発時などに、良好な状態下で事前に測定された値のことであり、ＲＯＭに初期値として書き込まれた値のことである。

ハード遅延差の推定精度が悪いと判断した場合は、ハード遅延差としてバックアップ値又はデフォルト値を用いることにより、数８で未知量であったハード遅延差を既知量とした測位方程式を解くことになる（ステップＳ１７又はステップＳ１８）。具体的には、数８において、観測ベクトルｙ、計画行列Ｈ、未知ベクトルθを、それぞれ、以下の数２０から数２２までにより構成し直して、測位方程式を解く。

捕捉された衛星数が閾値未満であれば（ステップＳ１２においてＮＯ）、未知量の数と比べて観測量の数が少ないため、数８の測位方程式は解けないので、バックアップしたハード遅延差があれば（ステップＳ１６においてＹＥＳ）、バックアップしたハード遅延差を用いて数２０から数２２までで構成された測位方程式を解き（ステップＳ１７）、バックアップしたハード遅延差がなければ（ステップＳ１６においてＮＯ）、デフォルト値のハード遅延差を用いて数２０から数２２までで構成された測位方程式を解く（ステップＳ１８）。

バックアップしたハード遅延差がない場合というのは（ステップＳ１６においてＮＯ）、バックアップメモリがクリアされているような工場出荷時や、電池切れでバックアップの情報が消えている時などが該当する。このため、バックアップしたハード遅延差がないという状況は、頻繁には発生しない。

ハード遅延差の推定精度が良いと見込まれるときには、測位方程式においてハード遅延差を未知量としてハード遅延差を精度よく推定する。ハード遅延差の推定精度が悪いと見込まれるときには、測位方程式においてある程度は推定精度が良い過去のハード遅延差を用いて既知量とする。ハード遅延差の推定精度が悪いと、測位誤差も連動して悪くなるが、測位方程式を解く前にハード遅延差の推定精度の善し悪しを判定することによって、測位誤差の減少を図ることができる。

本発明のＧＬＯＮＡＳＳ受信機は、回路規模を増大させることなく、うるう秒誤差のないうるう秒補正情報を取得し、ハード遅延差を精度よく推定し、測位異常の防止及び測位誤差の減少を図ることを目的として、適用することが可能である。

Ｒ：ＧＬＯＮＡＳＳ受信機
Ａ：アンテナ
１１、１２：ダウンコンバータ
１３、１４：バンドパスフィルタ
１５−１〜１５−Ｎ：ＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号受信チャンネル
１６−１〜１６−Ｎ：ＧＰＳ衛星信号受信チャンネル
１７−１〜１７−Ｎ：ＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号復調部
１８−１〜１８−Ｎ：ＧＰＳ衛星信号復調部
１９：うるう秒補正値算出部
２０：ハード遅延差推定付き自機位置測定部

Claims

ＧＬＯＮＡＳＳ（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）衛星から受信したＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号を復調して、ＧＬＯＮＡＳＳ時刻系のＧＬＯＮＡＳＳの衛星送信時刻情報を取得するＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号復調部と、
ＧＰＳ（ＧｌａｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）衛星から受信したＧＰＳ衛星信号を復調して、ＧＰＳ時刻系のＧＰＳの衛星送信時刻情報を取得するＧＰＳ衛星信号復調部と、
前記ＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号復調部が取得した前記ＧＬＯＮＡＳＳ時刻系のＧＬＯＮＡＳＳの衛星送信時刻情報と、前記ＧＰＳ衛星信号復調部が取得した前記ＧＰＳ時刻系のＧＰＳの衛星送信時刻情報と、を標準時の時差の補償後に比較することにより、うるう秒補正値を算出するうるう秒補正値算出部と、
を備えることを特徴とするＧＬＯＮＡＳＳ受信機。
前記ＧＬＯＮＡＳＳ衛星及び自機の間の擬似距離及び幾何学距離、前記ＧＰＳ衛星及び自機の間の擬似距離及び幾何学距離、前記うるう秒補正値算出部が算出した前記うるう秒補正値を観測量とし、前記ＧＬＯＮＡＳＳ衛星信号及び前記ＧＰＳ衛星信号の自機内のバンドパスフィルタの時定数差であるハード遅延差を未知量とした測位方程式を解くことにより、前記ハード遅延差を推定するとともに、自機の位置を測定するハード遅延差推定付き自機位置測定部、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＧＬＯＮＡＳＳ受信機。
前記ハード遅延差推定付き自機位置測定部は、
前記ハード遅延差の推定精度を前記測位方程式の未知量の分散計算式に基づいて算出し、
前記測位方程式の未知量の分散計算式に基づいて算出した前記ハード遅延差の推定精度が、所定の閾値未満のときには、前記測位方程式において前記ハード遅延差を未知量として自機の位置を測定し、
前記測位方程式の未知量の分散計算式に基づいて算出した前記ハード遅延差の推定精度が、前記所定の閾値以上のときには、前記測位方程式においてバックアップ値又はデフォルト値の前記ハード遅延差を用いて自機の位置を測定する
ことを特徴とする請求項２に記載のＧＬＯＮＡＳＳ受信機。