JP6318523B2 - 測位システムと装置と方法並びにプログラム - Google Patents
測位システムと装置と方法並びにプログラム Download PDFInfo
- Publication number
- JP6318523B2 JP6318523B2 JP2013204916A JP2013204916A JP6318523B2 JP 6318523 B2 JP6318523 B2 JP 6318523B2 JP 2013204916 A JP2013204916 A JP 2013204916A JP 2013204916 A JP2013204916 A JP 2013204916A JP 6318523 B2 JP6318523 B2 JP 6318523B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- satellite
- positioning
- signal
- positioning device
- carrier phase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Navigation (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Description
準天頂衛星(Quasi-Zenith Satellites;QZS)を準天頂軌道(Quasi-Zenith orbit)に配置し日本付近で常に天頂方向に見えるようにした衛星システムである準天頂衛星システム(Quasi-Zenith Satellite System:QZSS)において、日本で受信可能な特定地域上にのみ留まる3機の衛星によって、米国のGPS(Global Positioning System)を補完及び補強するための計画が進行中である。すなわち、2010年にQZSの1機目が打ち上げられ、2013年にはすべてが運用状態にされる予定である。この準天頂衛星システムでは、準天頂衛星を3機以上用意して準天頂軌道から信号を送信し、地上から高仰角で観測できる準天頂衛星を常に1機は見通せることができるようにすることで、例えば山間地やビル陰等に影響されず、全国をほぼ100%カバーする高精度の測位サービスの提供を実現可能とする(なお、QZSSの詳細は例えば非特許文献1参照)。
・L1C/A(周波数1575.42MHz)、
・L1C(周波数1575.42MHz)、
・L1−SAIF(SBAS(Satellite Based Augmentation System)互換信号:周波数1575.42MHz:準天頂独自)、
・LEX(周波数1278.75MHz:準天頂独自)、
・L2C(周波数1227.60MHz)、
・L5(周波数1176.45MHz)
の6種類の衛星測位信号の送信が計画されている。L1C/A、L1C、L2C、L5測位信号はGPS補間信号である。L1−SAIF、LEX信号は付加価値情報を重畳して送信する補強信号である。重畳可能な伝送速度は、L1SAIFでは250bps(補正情報、インテグリティ情報を250bpsの速度で配信する)、LEXでは、2kbpsの高速メッセージが送信可能である。
LEX信号の中心周波数は1278.75MHz、LEX信号の変調はKasami系列拡散符号を使用したBPSK(Binary Phase Shift Keying)で周期4msのショートコードと周期410msのロングコードを交互に切り替える仕様となっている。ショートコードには1フレーム2000ビットの航法メッセージ(LEXメッセージ)が重ね合わされる。メッセージは49ビットのヘッダ、1695ビットのデータ部と、誤り検出・訂正用256ビットのリードソロモン(Reed-Solomon)符号の計2000ビットで構成される。ヘッダはメッセージ先頭を示す32ビットのプリアンブル、送信衛星識別用8ビットのPRN番号(Pseudo Random Noise:GPS衛星の擬似ランダム雑音信号の番号、この番号によって、受信機内部では所定の擬似雑音符号を発生して受信波形と比較して、所望の衛星を捕捉・受信する)、メッセージ種別を表す8ビットのメッセージタイプID、および1ビットのアラートフラグから構成される。1フレームのLEXメッセージは、1秒間で送信されるため高精度測位補強用補正データ用に利用可能な実効データ伝送レートは1695bpsとなる(非特許文献1、2)。
・天体暦(almanac)、
・放送暦(ephemeris:GPS衛星の航法メッセージの中にある衛星自身の軌道要素:軌道要素を基に、衛星の位置が計算される)、
・精密暦(precise ephemeris:地上追跡網によってGPS衛星の高精度の軌道追跡を行い、それを基に計算された軌道要素)
の3種類を用いて提供している。GPS受信機は、アルマナック(almanac)データにより測位に使用できる衛星を確認し、エフェメリス(ephemeris)データから正確な時刻情報を得て、受信機内部の時計とナノ秒単位で合わせる。放送暦(ephemeris)はGPS衛星が常時放送しており、精密暦は地上局により後処理で計算され、アルマナック(almanac)とともにインターネット等を通して得られる。アルマナック(almanac)の精度は約数km、エフェメリス(ephemeris)はSA(Selectable Availability:GPS衛星の電波信号に雑音を重畳し一般利用者の測位精度を低下させる)オン時で例えば2〜50m、SAオフ時で例えば2〜5m以下、精密暦は例えば0.5〜1m以下とされる。
準天頂衛星(QZS)から送信されるLEX信号を使って実施される各種実験では、例えばリアルタイムPPP(Precise Point Positioning:単独搬送波位相測位)型高精度測位の実証・評価を目的としたものもあり、LEX信号のヘッダのメッセージタイプが10、11のものには、例えば、以下の補正データが格納される(非特許文献2)。
一方、既に実用化されているネットワークRTK(Real Time Kinematic)型測位(RTK−GPS)では、整数バイアスを解くことにより、高速にセンチメートル級精度の解を求めることができる(非特許文献3)。しかしながら、補正データ伝送に携帯電話を利用するため、携帯電話サービスエリア外ではサービスが利用できないという制約がある。
そこで、PPP−RTK型測位は、これらの問題点を解決し、補正情報を誤差項目毎に分離し最適化した頻度で送信することにより、高精度測位サービスを提供する。高頻度に補正データを更新することにより、静止ユーザだけでなく、移動体ユーザもサービスの対象となる。PPP−RTK型の補正データを、LEX信号を使ってユーザに放送できれば、センチメータ級精度の測位が可能となる。LEX信号を用いて準天頂衛星(QZS)から放送される補正データとして、衛星軌道・時計誤差、電離層遅延、対流圏遅延、衛星コードバイアス(L1、L2、L5用の衛星コードバイアス)・衛星搬送波位相バイアス(衛星初期位相)、衛星ID、品質管理情報、地表補正格子点の版、補正時刻、フレーム番号等があげられる(非特許文献2)。これらの補正データは、データセンタで基準局網のGPS/GNSS観測データをもとにモデルパラメータを逐次推定することで計算される。
一般的なGPS/GNSS受信機において得られる測位信号の測定値は擬似距離(pseudo range)と呼ばれる。
図8は、測位装置(受信機)と衛星の座標(ECEF(Earth-Centered Earth-Fixed)系:地球中心地球固定)を模式的に示す図である。図8を参照して、測位装置の単独測位を説明する。衛星、測位装置の位置ベクトルをそれぞれρS=[xS,yS,zS]、ρR=[xR,yR,zR]とする。衛星・測位装置間の幾何学的距離ρは以下で与えられる。
Δδ=δS−δR+δD ・・・(6)
δSは衛星時計のオフセット時間(航法メッセージの時計補正係数から見積もられる)、δRは測位装置時計のオフセット時間、
δDは信号の衛星から測位装置までの到達時間のオフセット時間
である。
・測位装置の位置座標ρR=[xR,yR,zR]、
・測位装置の時計補正項δR
の4個である。
・擬似距離R、
・衛星の位置座標ρS=[xS,yS,zS]、
・時計補正項δS、δDのモデル化不可能な項、
これ以外はノイズnとして扱う。
R=ρi−cΔδi+cδR+ni ・・・(7)
ρi=|ρi−ρR|=√((xi - xR)2 + (yi - yR)2 + (zi - zR)2) ・・・(8)
ρi=ρi 0+(−1/ρi 0)(ρi−ρ0)TΔρ ・・・(10)
(ただし、Tは転置を表す)
主に精密測量を目的とする精密測位用GPS/GNSS受信機(測位装置)は擬似距離に加えて搬送波位相(carrier phase)と呼ばれる観測量を測定する。搬送波位相とは受信機で復調した測位信号の搬送波位相角を連続的に測定したものである。搬送波位相には擬似距離と同様に衛星と観測点間の距離情報が含まれているが、擬似距離と比較して高精度な測定が可能なため、精密測位に使用される。搬送波位相観測値は以下のように表すことができる。
搬送波位相には擬似距離とは異なり、搬送波位相バイアスと呼ぶ連続的な測定では固定値となるバイアスが含まれている。搬送波位相バイアスN(cycle)は、受信機初期位相φ0r(cycle)、衛星初期位相φS 0(cycle)及び整数不定性(Integer Ambiguity)nを用いて以下のように表すことができる。
搬送波位相バイアスは、相対測位において、搬送波位相の二重差をとることにより、受信機および衛星初期位相の項が消去されて整数となるが、差をとらない場合には一般には整数にはならない。測位信号が一時的に途切れたり、あるいは観測雑音が大きくなったりして、受信機において搬送波位相の測定が連続的に行えなくなった場合に、搬送波位相バイアスの整数不定性に新しい値が導入され、搬送波位相測定値が飛ぶことがある。この現象をサイクルスリップ(cycle slip)と呼ぶ。サイクルスリップの検出と修正は、搬送波位相を使用した精密解析の重要な課題の一つである。
前記衛星からの測位信号が断となると、前記衛星の移動情報及び測位装置の移動情報を取得して前記衛星と前記測位装置間の距離を計算し搬送波位相の整数バイアスを推定する処理を実行させるプログラムが提供される。
R=λN+φ(=c(tR−tS)) ・・・(15)
とする。
・A地点での測位装置3と準天頂衛星1との距離Rと、
・測位装置3のA地点(測位信号を最後の受信した測位装置での時刻:t)からB地点(測位信号が断となった測位装置での時刻:t’=t+Δt)への移動情報(移動ベクトル)ΔXと、準天頂衛星1の時刻tSからtS+Δtまでの移動ベクトルΔSと、
から、B地点での測位装置3と準天頂衛星1との擬似距離R’を算出する。
(0≦φ<λ)
R’=ρ’+c(δR−δS+δD) ・・・(21)
において、例えば、測位装置時計δRは、A地点での測位の結果で近似し、衛星時計のオフセットδSはA地点で受信した測位信号(あるいはLEX信号)に含まれる衛星時計のオフセットを用いてもよい。また、衛星から測位装置までの到達時間のオフセットδDは近似値を用いるようにしてもよい。あるいは、δDはA地点で受信したLEX信号に含まれる電離層遅延、対流圏遅延情報を用いて、近似してもよい。測位装置では、
R’=N’λ+φ
から、整数バイアスを推定する。なお、衛星の移動ΔSは、衛星軌道(ケプラー方程式等)から、数値演算で求まる。なお、式(21)において、衛星時計のオフセットδSや衛星から測位装置までの到達時間のオフセットδDをパラメータフィッティング等により求めてもよいことは勿論である。なお、図2を用いて説明したR’の算出例は、あくまで一例であり、本発明において、図1のR'の算出は、上記算出例に制限されるものでないことは勿論である。以下実施形態に即して説明する。
図3は、実施形態1の測位装置3に搭載される受信機10の構成を例示する図である。なお、測位装置3は、表示装置等の出力装置、入力装置、CPU(Central Processing Unit)等を備えているが、図3には図示されていない。図3を参照すると、受信機10は、受信したL1信号を処理するL1信号処理部101、受信したL2信号を処理するL2信号処理部102、受信したLEXを処理するLEX信号処理部103、測位信号を受信した衛星の位置と該衛星の時計を計算する衛星位置・時計計算部104、電離層・対流圏遅延量を補正する電離層・対流圏遅延量補正部105、測距観測データ(搬送波位相)、衛星の位置と該衛星の時計、電離層・対流圏遅延量から補正距離を計算する距離補正部106、補正距離データに基き、測位装置の位置、時計を算出する測位演算部107、衛星からの測位信号の断を検出する測位信号断検出部108、測位信号断検出部108で信号断のとき、衛星と測位装置間の距離を算出し算出された距離から整数バイアスを推定する距離算出部109、アンテナ110を備えている。このうち、L1信号処理部101、L2信号処理部102、LEX信号処理部103、衛星位置・時計計算部104、電離層・対流圏遅延量補正部105、距離計算部106、測位演算部107は、関連技術の構成を用いてもよい。測位装置3は、距離センサとして機能する加速度・ジャイロセンサ11を備えている。ジャイロセンサは角速度(例えば左右にどのくらい曲がっているか)を検出する。測位装置3をカーナビ装置として実装する場合、さらにタイヤの回転等を用いて、移動距離を算出するようにしてもよい。
2 GPS衛星
3 測位装置
4 マスタコントロール局・追尾管制局
5 モニタ局・補正情報生成装置
6 電子基準点
7 通信網
10 受信機
11 加速度・ジャイロセンサ
101 L1信号処理部
102 L2信号処理部
103 LEX信号処理部
104 衛星位置・時計計算部
105 電離層・対流圏遅延補正部
106 距離補正部
107 測位演算部
108 測位信号断検出部
109 距離算出部
110 アンテナ
Claims (15)
- 衛星から受信した測位信号に基づき測位する手段と、
前記衛星からの測位信号が断となると、前回の測位信号を送信した時点から前記測位信号が断時の前記衛星の移動情報及び測位装置の移動情報を取得し、前記測位信号の断状態において前記衛星と前記測位装置間の距離を計算し搬送波位相の整数バイアスを推定する手段と、
を備えた、ことを特徴とする測位装置。 - 前記衛星からの測位信号の受信再開時に、前記衛星からの測位信号が断のときに推定した前記搬送波位相の整数バイアス値に基づき、搬送波位相データからの搬送波位相の整数バイアスの導出を行う、ことを特徴とする請求項1記載の測位装置。
- 前記衛星からの測位信号が断となると、前記測位装置で前記衛星からの測位信号が断となる直前に測位信号を受信した第1の時点(t)から、前記衛星からの測位信号が断となる第2の時点(t’)までに前記測位装置が移動した移動情報(Δx)を取得し、
前記測位装置が前記第1の時点で受信した前記測位信号を前記衛星が送信した第3の時点での前記衛星の位置情報と衛星軌道に基づき、前記第2の時点と前記第1の時点の区間(Δt=t’−t)における、前記衛星の前記第3の時点からの移動情報(ΔS)を取得する手段を備えた、ことを特徴とする請求項1又は2記載の測位装置。 - 前記衛星は、準天頂衛星を含み、前記測位装置は、前記準天頂衛星から放送される測位補正情報を受信する、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の測位装置。
- 衛星から受信した測位信号に基づき測位し、
前記衛星からの測位信号が断となると、前回の測位信号を送信した時点から前記測位信号が断時の前記衛星の移動情報及び測位装置の移動情報を取得し、前記測位信号の断状態において前記衛星と前記測位装置間の距離を計算し搬送波位相の整数バイアスを推定する、ことを特徴とする測位方法。 - 前記衛星からの測位信号の受信再開時に、前記衛星からの測位信号が断のときに推定した前記搬送波位相の整数バイアス値に基づき、搬送波位相データからの搬送波位相の整数バイアスの導出を行う、ことを特徴とする請求項5記載の測位方法。
- 前記衛星は、準天頂衛星を含み、
前記測位装置は、前記準天頂衛星から放送される補正情報を受信する、ことを特徴とする請求項5又は6記載の測位方法。 - 衛星と、
前記衛星から受信した測位信号に基づき測位する測位装置と、
を備え、
前記測位装置において、前記衛星からの測位信号が断となると、前回の測位信号を送信した時点から前記測位信号が断時の前記衛星の移動情報及び測位装置の移動情報を取得し、前記測位信号の断状態において前記衛星と前記測位装置間の距離を計算し搬送波位相の整数バイアスを推定する手段を備えた、ことを特徴とする測位システム。 - 前記測位装置は、前記衛星からの測位信号の受信再開時に、前記衛星からの測位信号が断のときに推定した前記搬送波位相の整数バイアス値に基づき、搬送波位相データからの搬送波位相の整数バイアスの導出を行う、ことを特徴とする請求項8記載の測位システム。
- 前記衛星は、準天頂衛星を含み、
測位に関する補正情報を生成して前記準天頂衛星に送信する手段を備え、
前記準天頂衛星は、前記補正情報を放送し、
前記測位装置は、前記補正情報を受信する、ことを特徴とする請求項8又は9記載の測位システム。 - 衛星から受信した測位信号に基づき測位する装置を構成するコンピュータに、
前記衛星からの測位信号が断となると、前回の測位信号を送信した時点から前記測位信号が断時の前記衛星の移動情報及び測位装置の移動情報を取得し、前記測位信号の断状態において前記衛星と前記測位装置間の距離を計算し搬送波位相の整数バイアスを推定する処理を実行させるプログラム。 - 前記衛星からの測位信号の受信再開時に、前記衛星からの測位信号が断のときに推定した前記搬送波位相の整数バイアス値に基づき、搬送波位相データからの搬送波位相の整数バイアスの導出を行う処理を、前記コンピュータに実行させる請求項11記載のプログラム。
- 前記衛星は、準天頂衛星を含み、前記準天頂衛星から放送される補正情報を受信する処理を、前記コンピュータに実行させる請求項11又は12記載のプログラム。
- 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の測位装置を備えた携帯端末。
- 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の測位装置を備えた車載ナビゲーション装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013204916A JP6318523B2 (ja) | 2013-09-30 | 2013-09-30 | 測位システムと装置と方法並びにプログラム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013204916A JP6318523B2 (ja) | 2013-09-30 | 2013-09-30 | 測位システムと装置と方法並びにプログラム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015068767A JP2015068767A (ja) | 2015-04-13 |
JP6318523B2 true JP6318523B2 (ja) | 2018-05-09 |
Family
ID=52835560
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013204916A Active JP6318523B2 (ja) | 2013-09-30 | 2013-09-30 | 測位システムと装置と方法並びにプログラム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6318523B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6621087B2 (ja) * | 2016-12-28 | 2019-12-18 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 | 飛行体用航法装置、飛行体、および飛行体安全管制システム |
CN108415050B (zh) * | 2018-06-04 | 2020-05-26 | 北京未来导航科技有限公司 | 一种基于低轨星座导航增强系统的ppp-rtk定位方法 |
JP7267691B2 (ja) * | 2018-07-20 | 2023-05-02 | 株式会社日立製作所 | 移動体測位システム及び移動体測位方法 |
DE112019004718T5 (de) * | 2018-09-21 | 2021-06-10 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Empfangsvorrichtung und empfangsverfahren |
JPWO2022113620A1 (ja) * | 2020-11-27 | 2022-06-02 | ||
CN112526564A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-03-19 | 湘潭大学 | 一种精密单点定位重新收敛方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5451964A (en) * | 1994-07-29 | 1995-09-19 | Del Norte Technology, Inc. | Method and system for resolving double difference GPS carrier phase integer ambiguity utilizing decentralized Kalman filters |
JP2001099910A (ja) * | 1999-10-04 | 2001-04-13 | Japan Aviation Electronics Industry Ltd | Rtk・gps−imu併用測位方法 |
JP2003194911A (ja) * | 2001-12-25 | 2003-07-09 | Churyo Eng Kk | Gps衛星電波サイクルスリップ後の位置測定誤差の復帰方法 |
JP3908647B2 (ja) * | 2002-10-28 | 2007-04-25 | 三菱電機株式会社 | 移動端末装置及び地図データ管理方法 |
JP5078082B2 (ja) * | 2007-09-20 | 2012-11-21 | 住友電気工業株式会社 | 測位装置、測位システム、コンピュータプログラム及び測位方法 |
-
2013
- 2013-09-30 JP JP2013204916A patent/JP6318523B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015068767A (ja) | 2015-04-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110031881B (zh) | 高精度星间激光测距辅助精密单点定位的方法 | |
JP7153427B2 (ja) | 衛星測位システムを用いた測位方法および測位装置 | |
JP6318523B2 (ja) | 測位システムと装置と方法並びにプログラム | |
EP3309585A1 (en) | Positioning processing system, method, computer program, positioning processing device, and user terminal | |
US8768617B2 (en) | Method and system for a data interface for aiding a satellite positioning system receiver | |
KR101001087B1 (ko) | 세계 항행 위성 시스템 | |
JP2015068768A (ja) | 測位システムと装置と方法並びにプログラム | |
EP2101186B1 (en) | Method and system for generating temporary ephemeris | |
JP2009530622A5 (ja) | ||
JPWO2017046914A1 (ja) | 測位衛星選択装置、測位装置、測位システム、測位情報発信装置および測位端末 | |
JP5078082B2 (ja) | 測位装置、測位システム、コンピュータプログラム及び測位方法 | |
US9389317B2 (en) | Method and apparatus for determining position in a global navigation satellite system | |
US9158002B2 (en) | Satellite subset selection | |
KR101638210B1 (ko) | 이동 수신기에 의해, 위성으로부터의 확산 스펙트럼 신호의 획득을 최적화하는 방법 | |
KR101874974B1 (ko) | Dgnss 의사거리 보정정보 생성장치 및 그 방법 | |
KR100938731B1 (ko) | 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템 | |
GB2528117A (en) | Method and apparatus for instantaneous positioning and timing without initial information | |
KR102031838B1 (ko) | 위성항법 시스템의 보정정보를 처리하는 장치 및 방법 | |
US9086479B2 (en) | Convergence zone | |
JP5608971B2 (ja) | 衛星測位システム | |
JP2010060421A (ja) | 移動体用測位システム及びgnss受信装置 | |
JP2010112759A (ja) | 移動体位置測位装置 | |
KR101705882B1 (ko) | 기준국 환경에서 수신기의 위치 정보를 이용한 사이클 슬립 검출 장치 및 방법 | |
JP2008051567A (ja) | 衛星航法装置 | |
JP2008139214A (ja) | 移動体用測位システム及びこれに用いる装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160803 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170712 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170718 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170914 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180306 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180319 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6318523 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |