JP6482720B2 - 測位装置および測位方法 - Google Patents
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Description
図1は、日本における静止衛星型衛星航法補強システム(SBAS;Satellite-Based Augmentation System)であるMSAS(MTSAT Satellite-Based Augmentation System)の構成を示す図である。MSASでは、静止衛星(SBAS衛星)であるMTSAT(Multi-functional Transport SATellite)から、航空機を対象として、GNSS衛星であるGPS衛星が放送する測位信号の補正情報(衛星時計誤差、衛星軌道誤差、電離層伝搬遅延、対流圏伝搬遅延)を含む測位補強信号が放送される。MSASは、国際民間航空機関ICAO(International Civil Aviation Organization)で定められた福岡FIR(Flight Information Region)をサービスエリアとする航空機向けのサービスであるが、航空機以外での利用も可能である。
GNSS受信機の中には、受信機時計バイアス誤差が予め定められた範囲から外れるとそれを強制的に(自動的に)修正する機能を持っているものがある。そのようなGNSS受信機では、例えば図10のように、受信機時計バイアス誤差が上限に達するとそれを下限の値に修正し(図10の(a))、受信機時計バイアス誤差が下限に達するとそれを上限の値に修正する(図10の(b))といった動作が行われる。それにより、受信機時計バイアス誤差に大きな変化(ステップ変化)が生じる。
図17は、実施の形態3に係るロケータ装置(測位装置)の主要構成を示すブロック図である。図17のロケータ装置は、実施の形態1(図2)の構成に対し、搬送波位相予測部109、受信機時計ドリフト誤差検出部110、搬送波位相算出部111および搬送波位相測位部112を追加した構成となっており、搬送波位相を用いた測位を行うことができる。また、実施の形態3では、GNSS受信機10がさらに、GNSS衛星からの電波のドップラー周波数から変換したレンジレート(以下、単に「レンジレート」という)を積算して得た搬送波位相を、測位部100へ出力するものとする。その他の構成については、図2と同様であるので、ここでの説明は省略する。
図25は、実施の形態4に係るロケータ装置(測位装置)の主要構成を示すブロック図である。図25のロケータ装置は、実施の形態3(図17)の構成に対し、測位部100において、搬送波位相測位部112を搬送波位相複合測位部113に置き換え、さらに、速度センサ114、距離計測部115、速度センサSF補正部116、角速度センサ117、ヨー角計測部118、角速度センサ補正部119および自律航法部120を追加した構成となっている。その他の構成については、図17と同様であるので、ここでの説明は省略する。
図27は、実施の形態5に係るロケータ装置(測位装置)の主要構成を示すブロック図である。図27のロケータ装置は、実施の形態4(図25)の構成に対し、測位部100に地図情報取得部121およびレーンマップマッチング部122を追加した構成となっている。その他の構成については、図25と同様であるので、ここでの説明は省略する。
Claims (17)
- 移動体の位置を測定する測位装置であって、
測位補強信号で示された誤差を修正したGNSS衛星の軌道、および、前記測位補強信号で示された誤差を修正したGNSS衛星の擬似距離である第1の修正擬似距離に基づいて、前記移動体の位置および受信機時計を算出するコード測位部と、
マルチパスの影響が予め定められた値よりも小さい複数のGNSS衛星について、各GNSS衛星の位置と前記移動体の位置との2点間距離と前記第1の修正擬似距離との差異を未知誤差として求め、前記未知誤差に基づいて擬似距離の受信機時計バイアス誤差を求める受信機時計バイアス誤差修正部と、
前記受信機時計バイアス誤差修正部が算出した前記受信機時計バイアス誤差を用いて前記第1の修正擬似距離を修正して得られる第2の修正擬似距離を用いて、前記移動体の位置を再計算するコード測位修正部と、
を備えることを特徴とする測位装置。 - 前記受信機時計バイアス誤差修正部は、前記未知誤差の平均値または中央値を前記受信機時計バイアス誤差として求める
請求項1に記載の測位装置。 - 前記第1の修正擬似距離の波形を多項式近似計算により予測することで、前記第1の修正擬似距離の予測値を算出する擬似距離予測部をさら備え、
前記受信機時計バイアス誤差修正部は、各GNSS衛星の位置と前記移動体の位置との2点間距離と前記第1の修正擬似距離の予測値との差異を、前記未知誤差として求める
請求項1に記載の測位装置。 - 前記コード測位修正部は、前記第1の修正擬似距離とその予測値との差異が予め定められた値よりも大きい場合、前記第1の修正擬似距離の代わりにその予測値を修正することで前記第2の修正擬似距離を得る
請求項3に記載の測位装置。 - 擬似距離予測部は、GNSS受信機における受信機時計バイアス誤差の修正に伴って、前記第1の修正擬似距離の波形にステップ変化が生じると、当該ステップ変化の大きさに基づいて前記第1の修正擬似距離の波形を連続した波形に修正した上で、前記第1の修正擬似距離の予測値を算出する
請求項3に記載の測位装置。 - 航法メッセージを入手済のGNSS衛星について、GNSS衛星のレンジレートを予測する搬送波位相予測部と、
前記GNSS衛星のレンジレートの予測値と観測値との差異から受信機時計ドリフト誤差を検出する受信機時計ドリフト誤差検出部と、
前記GNSS衛星のレンジレートを積算して搬送波位相を算出すると共に、当該搬送波位相の搬送波位相バイアスを算出する搬送波位相算出部と、
前記搬送波位相および前記搬送波位相バイアス、前記測位補強信号で示された誤差、および前記受信機時計バイアス誤差から算出される擬似距離相当の値を用いて前記移動体の位置を算出する搬送波位相測位部と、をさらに備え、
前記搬送波位相算出部は、
前記GNSS衛星からの電波を受信しているときはレンジレートの観測値を積算し、当該電波を受信していないときはレンジレートの予測値に前記受信機時計ドリフト誤差を加えた値を積算することで、前記搬送波位相を算出し、
前記GNSS衛星の位置と前記移動体の位置との2点間距離と、前記測位補強信号で示された誤差および前記受信機時計バイアス誤差を修正した擬似距離との差異が、予め定められた値以下のときに、各GNSS衛星の擬似距離および搬送波位相と前記測位補強信号で示された誤差とから、前記搬送波位相バイアスを求める
請求項3に記載の測位装置。 - 前記搬送波位相算出部は、
GNSS衛星からの衛星電波が遮断されて非測位状態になると、測位中の前記移動体の位置の推移から非測位中の前記移動体の位置および速度を予測し、測位中の前記受信機時計バイアス誤差の推移から非測位中の前記受信機時計バイアス誤差および受信機時計ドリフト誤差を予測して、航法メッセージを入手済のGNSS衛星について非測位中のレンジレートを予測して積算し、
その後、衛星電波の受信により測位が再開されると、非測位中に予測した前記移動体の位置および速度が測位再開直後に得られた前記移動体の位置および速度を基準にして一定の範囲内にあり、且つ、非測位中に予測した受信機時計バイアス誤差が測位再開直後に得られた受信機時計バイアス誤差を基準にして一定の範囲内にあるという条件が満たされた場合、非測位中に予測したレンジレートの積算値を有効化して、レンジレートの積算を継続し、前記条件が満たされなかった場合は、非測位中に予測したレンジレートの積算値を無効化してレンジレートの積算を初期化する
請求項6に記載の測位装置。 - 前記受信機時計バイアス誤差修正部および受信機時計ドリフト誤差検出部は、受信機時計バイアス誤差と受信機時計ドリフト誤差とが整合するよう換算した1つの受信機時計誤差を算出する
請求項6に記載の測位装置。 - 前記移動体は車両であり、
前記測位装置は、
前記車両の速度センサの出力から前記車両の移動距離を計算する距離計測部と、
前記車両の角速度センサの出力から前記車両のヨー角を計算するヨー角計測部と、
前記車両の移動距離およびヨー角を用いる自律航法により、前記車両の位置および方位を更新する自律航法部と、
GNSS衛星を用いる衛星測位に基づいて自律航法部が求めた前記車両の位置を修正する搬送波位相複合測位部と、をさらに備える
請求項1に記載の測位装置。 - 衛星測位または自律航法で求めた前記車両の位置および地図情報を用いて前記車両の走行レーンを判断するレーンマップマッチング部と、
前記角速度センサの出力バイアスの誤差を補正する角速度センサ補正部と、をさらに備え、
前記角速度センサ補正部は、自律航法で求めた前記車両の位置が当該車両の走行レーンに収まる位置に更新されるように、前記角速度センサの出力バイアスの誤差を修正する
請求項9に記載の測位装置。 - 前記レーンマップマッチング部は、自律航法で求めた前記車両の位置を用いて前記車両のレーン変更を判断し、前記車両がレーン変更を行うときは、自律航法で求めた前記車両の位置がレーン変更前の走行レーンおよびレーン変更後の走行レーンのいずれかに収まるように、自律航法で求めた自車の位置および方位を修正し、
前記角速度センサ補正部は、自律航法で求めた前記車両の位置がレーン変更前の走行レーンおよびレーン変更後の走行レーンのいずれかに収まるように前記角速度センサの出力バイアスの誤差を修正する
請求項10に記載の測位装置。 - 前記レーンマップマッチング部は、地図精度の低い地域を前記車両が走行する際、自律航法で求めた前記車両の位置と衛星測位で求めた当該車両の位置との間に生じる定常的な差異を学習して、マップマッチング処理を行う
請求項10に記載の測位装置。 - 前記レーンマップマッチング部は、地図情報が一定期間以上更新されていない地域を前記車両が走行する際、自律航法で求めた前記車両の位置と衛星測位で求めた当該車両の位置との間に生じる定常的な差異を学習して、マップマッチング処理を行う
請求項10に記載の測位装置。 - 電離層状態が安定しているか否かを判断し、電離層状態が不安定な場合には、複数のGNSS衛星の擬似距離からそれらのGNSS衛星に共通する誤差を除いた残差を、電離層伝搬遅延誤差の残差としてGNSS衛星ごとに検出する
請求項1に記載の測位装置。 - 搬送波位相複合測位部は、測位に使用中のGNSS衛星の一部を除外したときに生じる測位結果のずれ量を予め確認しておき、実際に前記一部のGNSS衛星が使用できなくなったときに、確認済のずれ量に基づいて、衛星測位で求めた前記車両の位置の誤差を算出する
請求項9に記載の測位装置。 - 搬送波位相複合測位部は、GNSS衛星の配置によって衛星測位で求められる前記車両の位置にずれが生じる場合は、複合測位の方式を密結合から疎結合に切り替える
請求項9に記載の測位装置。 - 移動体の位置を測定する測位方法であって、
測位補強信号で示された誤差を修正したGNSS衛星の軌道、および、前記測位補強信号で示された誤差を修正したGNSS衛星の擬似距離である第1の修正擬似距離に基づいて、前記移動体の位置および受信機時計を算出し、
マルチパスの影響が予め定められた値よりも小さい複数のGNSS衛星について、各GNSS衛星の位置と前記移動体の位置との2点間距離と前記第1の修正擬似距離との差異を未知誤差として求め、前記未知誤差に基づいて擬似距離の受信機時計バイアス誤差を算出し、
算出された前記受信機時計バイアス誤差を用いて前記第1の修正擬似距離を修正して得られる第2の修正擬似距離を用いて、前記移動体の位置を再計算する
ことを特徴とする測位方法。
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