JP6735696B2 - 複合測位装置、複合測位方法および複合測位プログラム - Google Patents

Description

本発明は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）／ＩＮＳ（慣性航法装置：Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）複合航法を用いて測位する複合測位装置、複合測位方法および複合測位プログラムに関する。

ＧＰＳ／ＩＮＳ複合航法では、ＧＰＳ衛星からの信号に基づいて算出された疑似距離および搬送波情報と、慣性航法装置であるＩＮＳの位置速度とをカルマンフィルタの観測量として用い、ＩＮＳのセンサ誤差を推定し、推定したセンサ誤差を補正する方法がある。より高精度に位置を求めるには、絶対位置を算出できるＧＰＳを効果的に用いる必要がある。特に、整数アンビギュイティ、すなわち整数の不定性を決定することで、高精度な疑似距離量が得られ、この疑似距離量をカルマンフィルタの入力値とすることで高精度にセンサ誤差を補正することが可能になる。
一方、ＧＰＳ衛星の信号観測は電波の受信環境に大きく左右されるため、測位解算出に必要な衛星数分の観測量を受信できない場合、あるいはマルチパスにより観測量が汚染され整数アンビギュイティの決定ができない場合がある。

特許文献１では、後処理においてフォワード処理およびバックワード処理の組み合わせ処理を行い、高精度な測位結果を得る技術が開示されている（特許文献１参照）。

特開２０１２−２４２３１７号公報

特許文献１の技術では、後処理が必要であるため、リアルタイムに高精度な計測結果を得ることができないという課題がある。

本発明は、計測中に整数アンビギュイティをフィードバックすることにより、リアルタイムに高精度な計測結果を得ることを目的とする。

本発明に係る複合測位装置は、
移動体に搭載され、複合航法により前記移動体の位置を含む移動体測位情報２１０を算出する複合測位装置において、
測位衛星から送信された衛星信号を受信する衛星信号受信部と、
前記衛星信号に基づいて決定された整数アンビギュイティがフィックス解であるか否かを判定する整数アンビギュイティ判定部と、
前記整数アンビギュイティがフィックス解である場合に、前記整数アンビギュイティに基づいて、少なくとも現時点より過去の第１時点から前記第１時点より過去の第２時点までの前記移動体測位情報を計算するフィードバック部とを備えた。

本発明に係る複合測位装置は、整数アンビギュイティがフィックス解である場合に、フィックス解である整数アンビギュイティに基づいて、少なくとも第２時点から第１時点までにおける移動体測位情報２１０を計算するフィードバック部を備える。よって、本発明に係る複合測位装置によれば、リアルタイムに高精度な計測結果を得ることができるという効果を奏する。

実施の形態１に係る複合測位装置１００の構成図。 実施の形態１に係る複合測位装置１００の複合測位方法５１０および複合測位処理Ｓ１００を示すフローチャート。 実施の形態１に係る複合測位装置１００の複合測位方法５１０および複合測位処理Ｓ１００を示すフローチャート。 実施の形態１に係るフィードバック処理の説明図。 実施の形態１の変形例に係る複合測位装置１００の構成図。 実施の形態１に係る複合測位装置１００の効果の説明図。 実施の形態２に係る複合測位装置１００ａの構成図。 実施の形態２に係るフィードバック処理の説明図。 実施の形態２に係る複合測位装置１００の複合測位方法５１０および複合測位処理Ｓ１００を示すフローチャート。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一または相当する部分については、説明を適宜省略または簡略化する。

実施の形態１．
ＧＰＳ／ＩＮＳ複合航法において高精度に位置を求めるには、絶対位置を算出できるＧＰＳを効果的に用いる必要がある。特に、整数アンビギュイティを決定することで、高精度な観測量が得られ、これをカルマンフィルタの入力値とすることで高精度にセンサ誤差を補正することが可能になる。多くの場合、整数アンビギュイティの決定には時間を要する。本実施の形態では、決定した整数アンビギュイティをリアルタイムにフィードバックし、カルマンフィルタの再更新を行う方法を提案する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１を用いて、本実施の形態に係る複合測位装置１００の構成について説明する。
本実施の形態において、複合測位装置１００は、移動体１０に搭載されたコンピュータである。複合測位装置１００は、プロセッサ９１０、記憶装置９２０、入力インタフェース９３０、出力インタフェース９４０および通信装置９５０といったハードウェアを備える。記憶装置９２０は、メモリと補助記憶装置とを含むものとする。

また、複合測位装置１００は、機能構成として、衛星信号受信部１１０と、観測残差計算部１２０と、フィルタ前処理部１３０と、フィルタ処理部１４０と、整数アンビギュイティ決定部１５０と、整数アンビギュイティ判定部１６０と、ＩＭＵ受信部１７０と、ストラップダウン計算部１８０と、記憶部１９０とを備える。以下の説明では、衛星信号受信部１１０と、観測残差計算部１２０と、フィルタ前処理部１３０と、フィルタ処理部１４０と、整数アンビギュイティ決定部１５０と、整数アンビギュイティ判定部１６０と、ＩＭＵ受信部１７０と、ストラップダウン計算部１８０との機能を、複合測位装置１００の「部」の機能という。複合測位装置１００の「部」の機能は、ソフトウェアで実現される。

また、記憶部１９０は、メモリおよび補助記憶装置により実現される。記憶部１９０は、バッファ９１と、フィックス記憶部９２とを有する。バッファ９１には、非フィックス状態情報６１２が記憶される。フィックス記憶部９２には、フィックス状態情報６１１が記憶される。記憶部１９０は、メモリにより実現されるが、メモリおよび補助記憶装置、あるいは、補助記憶装置のみで実現されてもよい。記憶部１９０の実現方法は任意である。

プロセッサ９１０は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。
プロセッサ９１０は、演算処理を行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。プロセッサ９１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。

補助記憶装置は、具体的には、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、または、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）である。メモリは、具体的には、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）である。

入力インタフェース９３０は、マウス、キーボード、タッチパネルといった入力装置と接続されるポートである。入力インタフェース９３０は、具体的には、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）端子である。なお、入力インタフェース９３０は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）と接続されるポートであってもよい。

出力インタフェース９４０は、ディスプレイといった表示機器のケーブルが接続されるポートである。出力インタフェース９４０は、ディスプレイといった表示機器に、移動体測位情報２１０を表示してもよい。出力インタフェース９４０は、具体的には、ＵＳＢ端子またはＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）端子である。ディスプレイは、具体的には、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）である。

複合測位装置１００は、通信装置９５０を介して衛星信号２０１およびＩＭＵ信号２０２を受信する。通信装置９５０はレシーバとトランスミッタとを備える。具体的には、通信装置９５０は通信チップまたはＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃａｒｄ）である。通信装置はデータを通信する通信部として機能する。レシーバはデータを受信する受信部として機能し、トランスミッタはデータを送信する送信部として機能する。

補助記憶装置には、「部」の機能を実現するプログラムが記憶されている。「部」の機能を実現するプログラムを複合測位プログラム５２０ともいう。このプログラムは、メモリにロードされ、プロセッサ９１０に読み込まれ、プロセッサ９１０によって実行される。また、補助記憶装置には、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）も記憶されている。ＯＳの少なくとも一部がメモリにロードされ、プロセッサ９１０はＯＳを実行しながら、「部」の機能を実現するプログラムを実行する。

複合測位装置１００は、１つのプロセッサ９１０のみを備えていてもよいし、複数のプロセッサ９１０を備えていてもよい。複数のプロセッサ９１０が「部」の機能を実現するプログラムを連携して実行してもよい。

「部」の処理の結果を示す情報、データ、信号値、および、変数値は、補助記憶装置、メモリ、または、プロセッサ９１０内のレジスタまたはキャッシュメモリに記憶される。
なお、図１において、各部と記憶部１９０とを結ぶ矢印は、各部が処理の結果を記憶部１９０に記憶すること、あるいは、各部が記憶部１９０から情報を読み出すことを表している。また、各部を結ぶ矢印は、制御の流れを表している。

「部」の機能を実現するプログラムは、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ（登録商標）ディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ
Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）といった可搬記録媒体に記憶されてもよい。
なお、複合測位プログラムプロダクトと称されるものは、「部」として説明している機能を実現するプログラムが記録された記憶媒体および記憶装置であり、見た目の形式に関わらず、コンピュータ読み取り可能なプログラムをロードしているものである。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
図２および図３は、本実施の形態に係る複合測位装置１００のプロセッサ９１０による複合測位方法５１０および複合測位プログラム５２０の複合測位処理Ｓ１００を示すフローチャートである。複合測位プログラム５２０は、以下に示す各処理をコンピュータである複合測位装置１００に実行させる。
本実施の形態において、複合測位装置１００は、移動体１０に搭載され、複合航法により移動体１０の位置を含む移動体測位情報２１０を算出する。移動体１０とは、具体的には、慣性計測装置（ＩＭＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）を搭載した車両である。あるいは、移動体１０は、船舶、飛行体でもよい。移動体測位情報２１０とは、移動体１０の位置、速度および姿勢を含む情報であり、ＧＰＳ／ＩＮＳ複合航法により算出された情報である。
また、本実施の形態では、サイクルスリップが発生しない限り、基本的には基準となる測位衛星が切り替わらない間は、整数アンビギュイティが一定であることを前提としている。

ステップＳ１０１において、ＩＭＵ受信部１７０は、移動体１０に搭載された慣性計測装置から加速度および方位角といったＩＭＵ信号２０２を受信したか否かを判定する。ＩＭＵ信号２０２を受信した場合は、ステップＳ１０２に進む。ＩＭＵ信号２０２を受信しない場合は、ＩＭＵ信号２０２を受信するまで処理を繰り返す。
ステップＳ１０２において、ストラップダウン計算部１８０は、受信したＩＭＵ信号２０２に基づいて、位置および速度を含むＩＭＵ観測データを算出する。ストラップダウン計算部１８０は、衛星信号２０１に基づくセンサ補正データ（後述する）がある場合には、受信したＩＭＵ信号２０２とセンサ補正データとに基づいて、ＩＭＵ観測データを算出する。衛星信号２０１に基づくセンサ補正データは、後述する衛星信号２０１を受信した場合にストラップダウン計算部１８０に入力される。ストラップダウン計算部１８０は、算出したＩＭＵ観測データを記憶部１９０に記憶する。

ステップＳ１０３において、衛星信号受信部１１０は、測位衛星から送信された衛星信号２０１を受信する。具体的には、衛星信号受信部１１０は、ＧＰＳ衛星から、疑似距離およびドップラー推定を算出することができる搬送波信号を衛星信号２０１として受信する。衛星信号受信部１１０は、衛星信号２０１を受信したか否かを判定する。衛星信号２０１を受信した場合は、ステップＳ１０４に進む。衛星信号２０１を受信しない場合は、ステップＳ１１３に進む。ステップＳ１０３は、衛星信号受信処理Ｓ１０３ともいう。衛星信号２０１は、人工衛星を利用して全地球を測位対象として地上の現在位置を計測するＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）測位に基づく信号であり、ＧＮＳＳ信号ともいう。

ステップＳ１０４において、観測残差計算部１２０は、衛星信号２０１とＩＭＵ観測データとに基づいて、観測残差を算出し、フィルタ前処理部１３０に出力する。フィルタ前処理部１３０は、観測残差計算部１２０から出力された観測残差に基づいて、サイクルスリップあるいは異常データの検査を実行する。フィルタ前処理部１３０は、検査が正常の場合にステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５において、フィルタ処理部１４０のフィルタ部１４１は、衛星信号受信部１１０により受信された衛星信号２０１に基づいて、現時点における移動体１０の状態を表す状態情報４１１を算出する。具体的には、フィルタ部１４１は、衛星信号２０１とＩＭＵ観測データとに基づいて、非線形フィルタ処理を実行し、状態量および共分散を含む状態情報４１１を算出する。非線形フィルタ処理とは、カルマンフィルタあるいはパーティクルフィルタを用いた処理である。

ステップＳ１０６において、整数アンビギュイティ決定部１５０は、フィルタ部１４１により算出された状態情報４１１に基づいて、整数値バイアスを実数とみなしフロート解を求める。また、整数アンビギュイティ決定部１５０は、求めたフロート解周辺で整数値バイアスの候補を設定する。整数アンビギュイティ決定部１５０は、設定した候補について評価量を計算してフィックス解の推定値を整数アンビギュイティとして決定する。

ステップＳ１０７において、整数アンビギュイティ判定部１６０は、衛星信号に基づいて決定された整数アンビギュイティがフィックス解であるか否かを判定する。具体的には、整数アンビギュイティ判定部１６０は、整数アンビギュイティ決定部１５０により得られた推定値について検証を行い、フィックス解として採用するか否かを判定する。整数アンビギュイティ判定部１６０は、整数アンビギュイティがフィックス解である場合、ステップＳ１０８に進む。整数アンビギュイティ判定部１６０は、整数アンビギュイティがフィックス解でない、すなわち非フィックス解である場合、ステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０７は、整数アンビギュイティ判定処理Ｓ１０７ともいう。

ステップＳ１０８において、整数アンビギュイティ判定部１６０は、整数アンビギュイティがフィックス解である場合、現時点Ｔｎにおける状態情報４１１をフィックス状態情報６１１としてフィックス記憶部９２に記憶する。
ステップＳ１０９において、整数アンビギュイティ判定部１６０は、整数アンビギュイティがフィックス解でない場合、現時点Ｔｎにおける状態情報を非フィックス状態情報６１２としてバッファ９１に記憶し、ステップＳ１１３に進む。言い換えると、整数アンビギュイティ判定部１６０は、整数アンビギュイティが非フィックス解であるとき、現時点Ｔｎにおける状態情報を非フィックス状態情報６１２としてバッファ９１に記憶し、ステップＳ１１３に進む。

ステップＳ１１０において、整数アンビギュイティ判定部１６０は、バッファ９１に非フィックス状態情報６１２が記憶されているか否かを判定する。バッファ９１に非フィックス状態情報６１２が記憶されている場合、ステップＳ１１１に進む。バッファ９１に非フィックス状態情報６１２が記憶されていない場合、ステップＳ１１３に進む。
ステップＳ１１１において、整数アンビギュイティ判定部１６０は、バッファ９１から非フィックス状態情報６１２を削除する。

ステップＳ１１２において、フィルタ処理部１４０のフィードバック部１４２は、整数アンビギュイティがフィックス解である場合に、整数アンビギュイティに基づいて、少なくとも現時点Ｔｎより過去の第１時点Ｔ１から、第１時点Ｔ１より過去の第２時点Ｔ２までにおける移動体測位情報２１０を再計算する。このとき、フィードバック部１４２は、現時点Ｔｎから第２時点Ｔ２までをフィードバック処理してもよい。ステップＳ１１２は、フィードバック処理Ｓ１１２ともいう。
具体的には、フィードバック部１４２は、整数アンビギュイティ判定部１６０によりバッファに非フィックス状態情報６１２が記憶されていると判定された場合に、少なくとも第２時点Ｔ２から第１時点Ｔ１までにおける移動体測位情報２１０を計算する。このとき、フィードバック部１４２は、フィックス記憶部９２に記憶されたフィックス状態情報６１１を用いて、少なくとも第２時点Ｔ２から第１時点Ｔ１までにおける移動体測位情報２１０を計算する。
以上の処理により、複合測位装置１００は、整数アンビギュイティがフィックス解であって、かつ、前回の整数アンビギュイティが非フィックス解である場合は、フィードバック処理を実行する。また、複合測位装置１００は、整数アンビギュイティがフィックス解であって、かつ、前回の整数アンビギュイティもフィックス解である場合は、フィードバック処理を実行しない。また、複合測位装置１００は、整数アンビギュイティが非フィックス解の場合は、フィードバック処理を実行しない。
なお、フィルタ部１４１とフィードバック部１４２とは、１つの非線形フィルタを共用しているものでもよい。この非線形フィルタは、具体的には、カルマンフィルタあるいはパーティクルフィルタである。

図４を用いて、本実施の形態に係るフィードバック処理について説明する。図４の（ａ）に示すように、第２時点Ｔ２から現時点Ｔｎの前の第１時点Ｔ１までがフロート解であり、現時点Ｔｎにおいてフィックス解が求まったものとする。この場合は、現時点Ｔｎで整数アンビギュイティがフィックス解であって、かつ、前回の第１時点Ｔ１では整数アンビギュイティが非フィックス解である場合となる。
フィードバック部１４２は、整数アンビギュイティがフィックス解でないと連続して判定された非フィックス期間Ｔｎｆの直後にフィックス解が得られた場合、非フィックス期間Ｔｎｆの開始時点を第２時点Ｔ２とし、非フィックス期間Ｔｎｆの終了時点を第１時点Ｔ１として、少なくとも第１時点Ｔ１から第２時点Ｔ２までの移動体測位情報２１０を計算する。
図４では、非フィックス期間Ｔｎｆの開始時点である第２時点Ｔ２から、現時点Ｔｎまでの移動体測位情報２１０を計算する。

図４の（ｂ）に示すように、現時点Ｔｎにおける整数アンビギュイティを基に、現時点Ｔｎから第２時点Ｔ２までのフィードバック処理を行い、移動体測位情報２１０を再計算する、これにより、より誤差の少ない移動体測位情報２１０を得ることができる。
なお、現時点Ｔｎから第２時点Ｔ２までのフィードバック処理とは、現時点Ｔｎから第２時点Ｔ２まで逆順に遡るバックワード処理でもよいし、第２時点Ｔ２から現時点Ｔｎまで正順に処理するフォワード処理でもよい。現時点Ｔｎから第２時点Ｔ２までの移動体測位情報２１０を再計算することができれば、どのような方式で処理しても構わない。すなわち、フィードバック部１４２は、第１時点Ｔ１から第２時点Ｔ２までバックワード処理あるいはフォワード処理することにより移動体測位情報を算出する。

ステップＳ１１３において、ストラップダウン計算部１８０は、フィルタ処理部１４０のフィードバック部１４２が算出した移動体測位情報２１０と、ＩＭＵ受信部１７０が観測したＩＭＵ信号２０２（位置および速度に関する情報）を用いて、複合航法により、移動体１０の位置および速度および姿勢を含む移動体測位情報２１０を算出する。また、ストラップダウン計算部１８０は、自己の算出した移動体測位情報２１０とフィードバック部１４２が算出した移動体測位情報２１０とを比較し、その差異に基いてセンサ補正データを算出する。ストラップダウン計算部１８０は、算出した移動体測位情報２１０とセンサ補正データを出力する。
かくして、複合測位装置１００は、整数アンビギュイティがフィックス解であって、かつ、前回の整数アンビギュイティが非フィックス解である場合は、フィードバック処理を実行し、再計算された第２時点Ｔ２から現時点Ｔｎまでにおける移動体測位情報２１０を出力する。また、複合測位装置１００は、整数アンビギュイティがフィックス解であって、かつ、前回の整数アンビギュイティもフィックス解である場合は、フィードバック処理はせずにフィックス解である現時点Ｔｎの移動体測位情報２１０を出力する。また、複合測位装置１００は、整数アンビギュイティが非フィックス解の場合は、フィードバック処理はせずにフロート解である現時点Ｔｎの移動体測位情報２１０を出力する。

＊＊＊他の構成＊＊＊
本実施の形態の図４の例では、複合測位装置１００は、現時点Ｔｎから遡って整数アンビギュイティがフロート解であると判定された最も過去の時点を第２時点Ｔ２として、第２時点Ｔ２から現時点Ｔｎまでにおける移動体測位情報２１０をフィードバック処理により算出した。すなわち、フィックス解が得られない非フィックス期間が発生した場合、次のフィックス解が得られた地点からその前にフィックス解が得られた地点までの移動体測位情報２１０をフィードバック処理により算出した。その他の例として、複合測位装置１００は、衛星信号２０１の受信を開始した時点を第２時点Ｔ２として、移動体測位情報２１０をフィードバック処理により算出してもよい。

また、本実施の形態では、移動体に直接慣性センサを取り付けるストラップダウン方式を採用した複合測位装置１００について説明した。しかし、慣性センサを一定の姿勢に保つプラットフォーム方式を採用した場合であっても本実施の形態を適用することができる。

また、本実施の形態では、複合測位装置１００の「部」の機能がソフトウェアで実現されるが、変形例として、複合測位装置１００の「部」の機能がハードウェアで実現されてもよい。
図５を用いて、本実施の形態の変形例に係る複合測位装置１００の構成について説明する。
図５に示すように、複合測位装置１００は、処理回路９０９、入力インタフェース９３０、出力インタフェース９４０および通信装置９５０といったハードウェアを備える。

処理回路９０９は、上述した「部」の機能および記憶部１９０を実現する専用の電子回路である。処理回路９０９は、具体的には、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ロジックＩＣ、ＧＡ、ＡＳＩＣ、または、ＦＰＧＡである。ＧＡは、Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略語である。ＡＳＩＣは、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略語である。ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略語である。

「部」の機能は、１つの処理回路９０９で実現されてもよいし、複数の処理回路９０９に分散して実現されてもよい。

別の変形例として、複合測位装置１００の機能がソフトウェアとハードウェアとの組合せで実現されてもよい。すなわち、複合測位装置１００の一部の機能が専用のハードウェアで実現され、残りの機能がソフトウェアで実現されてもよい。

プロセッサ９１０、記憶装置９２０、および、処理回路９０９を、総称して「プロセッシングサーキットリ」という。つまり、複合測位装置１００の構成が図１および図５のいずれに示した構成であっても、「部」の機能および記憶部１９０は、プロセッシングサーキットリにより実現される。

「部」を「工程」または「手順」または「処理」に読み替えてもよい。また、「部」の機能をファームウェアで実現してもよい。

＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
図６を用いて、本実施の形態に係る複合測位装置１００の効果について説明する。
本実施の形態に係る複合測位装置１００によれば、図６に示すように、十分な衛星数を捕捉し、高精度なＧＰＳ疑似距離量を利用できるフィックス期間に加えて、フィードバック処理により定められたフィックス期間を得ることができる。よって、高精度なＧＰＳ疑似距離量を利用できるフィックス期間を長くすることができる。

整数アンビギュイティの算出にあたっては、良好な受信環境である必要があり、多くの場合、整数化までに時間を要する。整数化するまでは実数解、すなわちフロート解が得られるが、整数化後の厳密解に比べ精度が悪い。整数アンビギュイティは、サイクルスリップを除き、基準衛星が切り替わらない間は基本的に一定である。これを利用し、本実施の形態に係る複合測位装置１００では、整数アンビギュイティが決定した時にそれをある時点、具体的には、ＧＰＳ衛星信号を受信し始めた時点にフィードバックし、カルマンフィルタの再更新を行う。これにより、過去の値においても整数化した高精度なＧＰＳ疑似距離量を利用できるようになり、ＧＰＳによる補正効果を高めることができるようになる。また、基本的にＩＮＳのセンサは方向に対する感度のみであるため、連続して高精度な解を得ることが重要であり、整数アンビギュイティをフィードバックすることで整数化によりフィックス解が得られ、方位のばらつきが少なくなり、結果としてＩＮＳの積分誤差の影響を低減することができる。

また、本実施の形態に係る複合測位装置１００によれば、特に、移動体１０でフィックス解とフロート解とが繰り返されるような場合において、整数化によるＩＮＳへの補正効果を高めることができる。また、本実施の形態に係る複合測位装置１００によれば、ＧＰＳの補正効果を高めることができるため、低価格で精度の悪いセンサでもＧＰＳ／ＩＮＳ複合航法に適用することができる。

実施の形態２．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
本実施の形態では、主に、実施の形態１との差異について説明する。
本実施の形態において、実施の形態１で説明した構成と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。

整数アンビギュイティ判定処理において、衛星数の不足あるいはマルチパスといった原因によりミスフィックスが発生する場合がある。本実施の形態では、ミスフィックスに対する対策を考慮した複合測位装置１００ａについて説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図７は、本実施の形態に係る複合測位装置１００ａの構成を示す図である。
複合測位装置１００ａは、図１の構成に加えて、記憶部１９０にカウントを記憶するカウント情報９３と閾値９４とを備える。
その他の構成については、実施の形態１の複合測位装置１００の構成と同様である。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
図８を用いて、本実施の形態に係るフィードバック処理について説明する。
フィードバック部１４２は、整数アンビギュイティがフィックス解でないと連続して判定された非フィックス期間Ｔｎｆの直後にフィックス解が得られた時点から連続して閾値回フィックス解であると判定された場合、非フィックス期間Ｔｎｆの開始時点を第２時点Ｔ２とし、非フィックス期間Ｔｎｆの終了時点を第１時点Ｔ１として、少なくとも第１時点から第２時点までの移動体測位情報２１０を計算する。
図８では、非フィックス期間Ｔｎｆの直後にフィックス解が得られた時点から連続して３回フィックス解であると判定された現時点Ｔｎにおいて、第１時点から第２時点までのフィードバック処理を行い、第１時点から第２時点までの移動体測位情報２１０を再計算している。

図９は、本実施の形態に係る複合測位処理の一部を示すフローチャートである。図９は、実施の形態１で説明した図３に対応する図であり、図３と異なる点について説明する。図９のフローチャートでは、図３に加え、ステップＳ１８１およびステップＳ１８２を備える。
ステップＳ１０８の後、ステップＳ１８１において、整数アンビギュイティ判定部１６０は、整数アンビギュイティがフィックス解である場合に、カウント情報９３をカウントアップする。
ステップＳ１１１の後、ステップＳ１８２において、フィードバック部１４２は、カウント情報９３が閾値９４以上であるか否かを判定する。カウント情報９３が閾値９４以上である場合、ステップＳ１１２に進む。このとき、フィードバック部１４２は、カウント情報９３を初期化する。カウント情報９３が閾値９４以上でない場合、ステップＳ１１３に進む。
すなわち、フィードバック部１４２は、整数アンビギュイティが連続してフィックス解であると判定され、かつ、カウント情報９３が閾値９４以上である場合に、少なくとも第１時点から第２時点までの移動体測位情報２１０を計算する。
なお、図８の例では、閾値９４として３が設定されているが、閾値９４の値は１，２，４，５でもその他の値でも構わない。

＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
本実施の形態に係る複合測位装置１００ａによれば、最初にフィックスしてから複数回フィックスした後にフィードバック処理を行うので、衛星数の不足あるいはマルチパスといった原因によるミスフィックスを省いてフィードバック処理することができる。

上述した実施の形態では、「部」の各々が独立した機能ブロックとして複合測位装置を構成している。しかし、上述した実施の形態のような構成でなくてもよく、複合測位装置の構成は任意である。複合測位装置の機能ブロックは、上述した実施の形態で説明した機能を実現することができれば、任意である。これらの機能ブロックを、他のどのような組み合わせ、あるいは任意のブロック構成で、複合測位装置を構成しても構わない。
また、複合測位装置は、１つの装置でなく、複数の装置から構成されたシステムでもよい。

また、複合測位装置は、移動体に搭載され、計測しながら移動体測位情報を確認することができるものである。しかし、移動体に搭載されずに、移動体と通信可能なセンターに設置されていてもよい。また、表示機器のみを移動体以外のセンターに設置し、通信装置を介して遠隔地のセンターにリアルタイムあるいは準リアルタイムに移動体測位情報を送信する構成でもよい。

実施の形態１から２について説明したが、これらの実施の形態のうち、複数の部分を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、１つの部分を実施しても構わない。その他、これらの実施の形態を、全体としてあるいは部分的に、どのように組み合わせて実施しても構わない。
なお、上述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物および用途の範囲を制限することを意図するものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

１０ 移動体、９１ バッファ、９２ フィックス記憶部、９３ カウント情報、９４ 閾値、１００，１００ａ 複合測位装置、１１０ 衛星信号受信部、１２０ 観測残差計算部、１３０ フィルタ前処理部、１４０ フィルタ処理部、１４１ フィルタ部、１４２ フィードバック部、１５０ 整数アンビギュイティ決定部、１６０ 整数アンビギュイティ判定部、１７０ ＩＭＵ受信部、１８０ ストラップダウン計算部、１９０ 記憶部、２０１ 衛星信号、２０２ ＩＭＵ信号、２１０ 移動体測位情報、４１１ 状態情報、５１０ 複合測位方法、５２０ 複合測位プログラム、６１１ フィックス状態情報、６１２ 非フィックス状態情報、９０９ 処理回路、９１０ プロセッサ、９２０ 記憶装置、９３０ 入力インタフェース、９４０ 出力インタフェース、９５０ 通信装置、Ｓ１００ 複合測位処理、Ｓ１０３ 衛星信号受信処理、Ｓ１０７ 整数アンビギュイティ判定処理、Ｓ１１２ フィードバック処理、Ｔ１ 第１時点、Ｔ２ 第２時点、Ｔｎ 現時点、Ｔｎｆ 非フィックス期間。

Claims (13)

1. 移動体に搭載され、複合航法により前記移動体の位置を含む移動体測位情報を算出する複合測位装置において、
   測位衛星から送信された衛星信号を受信する衛星信号受信部と、
   前記衛星信号に基づいて決定された整数アンビギュイティがフィックス解であるか否かを判定する整数アンビギュイティ判定部と、
   前記整数アンビギュイティがフィックス解である場合に、前記整数アンビギュイティに基づいて、少なくとも現時点より過去の第１時点から前記第１時点より過去の第２時点までの前記移動体測位情報を計算するフィードバック部と
   を備え、
   前記フィードバック部は、
   前記整数アンビギュイティがフィックス解でないと連続して判定された非フィックス期間の直後にフィックス解が得られた時点から連続して閾値回フィックス解であると判定された場合、前記非フィックス期間の開始時点を前記第２時点とし、前記非フィックス期間の終了時点を第１時点として、少なくとも前記第１時点から前記第２時点までの前記移動体測位情報を計算する複合測位装置。
2. 前記複合測位装置は、
   バッファと、
   前記衛星信号受信部により受信された前記衛星信号に基づいて、前記移動体の状態を表す状態情報を算出するフィルタ部と、
   前記フィルタ部により算出された前記状態情報に基づいて、前記整数アンビギュイティを決定する整数アンビギュイティ決定部と
   を備え、
   前記整数アンビギュイティ判定部は、
   前記整数アンビギュイティがフィックス解でない場合に、前記状態情報を非フィックス状態情報として前記バッファに記憶する請求項１に記載の複合測位装置。
3. 前記整数アンビギュイティ判定部は、
   前記整数アンビギュイティがフィックス解である場合に、前記状態情報をフィックス状態情報としてフィックス記憶部に記憶し、
   前記フィードバック部は、
   前記整数アンビギュイティがフィックス解である場合に、現時点を前記第１時点として、前記フィックス記憶部に記憶された前記フィックス状態情報を用いて、前記第１時点から前記第２時点までにおける前記移動体測位情報を計算する請求項２に記載の複合測位装置。
4. 前記整数アンビギュイティ判定部は、
   前記バッファに前記非フィックス状態情報が記憶されているか否かを判定し、前記バッファに前記非フィックス状態情報が記憶されていると判定した場合に、前記バッファから前記非フィックス状態情報を削除する請求項３に記載の複合測位装置。
5. 前記フィードバック部は、
   前記整数アンビギュイティ判定部により前記バッファに前記非フィックス状態情報が記憶されていると判定された場合に、前記フィックス記憶部に記憶された前記フィックス状態情報を用いて、前記第１時点から前記第２時点までにおける前記移動体測位情報を計算する請求項４に記載の複合測位装置。
6. 前記複合測位装置は、
   カウントを記憶するカウント情報を記憶部に記憶し、
   前記整数アンビギュイティ判定部は、
   前記整数アンビギュイティがフィックス解である場合に、前記カウント情報をカウントアップし、
   前記フィードバック部は、
   前記整数アンビギュイティが連続してフィックス解であると判定され、かつ、前記カウント情報が閾値以上である場合に、少なくとも前記第１時点から前記第２時点までの前記移動体測位情報を計算する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の複合測位装置。
7. 移動体に搭載され、複合航法により前記移動体の位置を含む移動体測位情報を算出する複合測位装置において、
   測位衛星から送信された衛星信号を受信する衛星信号受信部と、
   前記衛星信号に基づいて決定された整数アンビギュイティがフィックス解であるか否かを判定する整数アンビギュイティ判定部と、
   前記整数アンビギュイティがフィックス解である場合に、前記整数アンビギュイティに基づいて、少なくとも現時点より過去の第１時点から前記第１時点より過去の第２時点までの前記移動体測位情報を計算するフィードバック部と、
   バッファと、
   前記衛星信号受信部により受信された前記衛星信号に基づいて、前記移動体の状態を表す状態情報を算出するフィルタ部と、
   前記フィルタ部により算出された前記状態情報に基づいて、前記整数アンビギュイティを決定する整数アンビギュイティ決定部と
   を備え、
   前記整数アンビギュイティ判定部は、
   前記整数アンビギュイティがフィックス解でない場合に、前記状態情報を非フィックス状態情報として前記バッファに記憶し、前記整数アンビギュイティがフィックス解である場合に、前記状態情報をフィックス状態情報としてフィックス記憶部に記憶し、
   前記フィードバック部は、
   前記整数アンビギュイティがフィックス解である場合に、現時点を前記第１時点として、前記フィックス記憶部に記憶された前記フィックス状態情報を用いて、前記第１時点から前記第２時点までにおける前記移動体測位情報を計算し、
   前記整数アンビギュイティ判定部は、
   前記バッファに前記非フィックス状態情報が記憶されているか否かを判定し、前記バッファに前記非フィックス状態情報が記憶されていると判定した場合に、前記バッファから前記非フィックス状態情報を削除する複合測位装置。
8. 前記フィードバック部は、
   前記整数アンビギュイティ判定部により前記バッファに前記非フィックス状態情報が記憶されていると判定された場合に、前記フィックス記憶部に記憶された前記フィックス状態情報を用いて、前記第１時点から前記第２時点までにおける前記移動体測位情報を計算する請求項７に記載の複合測位装置。
9. 前記フィードバック部は、
   前記整数アンビギュイティがフィックス解でないと連続して判定された非フィックス期間の直後にフィックス解が得られた場合、前記非フィックス期間の開始時点を前記第２時点とし、前記非フィックス期間の終了時点を第１時点として、少なくとも前記第１時点から前記第２時点までの前記移動体測位情報を計算する請求項７または請求項８に記載の複合測位装置。
10. 前記フィードバック部と前記フィルタ部とは、１つの非線形フィルタを共用している請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の複合測位装置。
11. 前記フィードバック部は、
    前記第１時点から前記第２時点までバックワード処理あるいはフォワード処理することにより前記移動体測位情報を算出する請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の複合測位装置。
12. 移動体に搭載され、複合航法により前記移動体の位置を含む移動体測位情報を算出する複合測位装置の複合測位方法において、
    衛星信号受信部が、測位衛星から送信された衛星信号を受信し、
    整数アンビギュイティ判定部が、前記衛星信号に基づいて決定された整数アンビギュイティがフィックス解であるか否かを判定し、
    フィードバック部は、前記整数アンビギュイティがフィックス解である場合に、前記整数アンビギュイティに基づいて、少なくとも現時点より過去の第１時点から前記第１時点より過去の第２時点までの前記移動体測位情報を計算し、
    フィードバック部は、前記整数アンビギュイティがフィックス解でないと連続して判定された非フィックス期間の直後にフィックス解が得られた時点から連続して閾値回フィックス解であると判定された場合、前記非フィックス期間の開始時点を前記第２時点とし、前記非フィックス期間の終了時点を第１時点として、少なくとも前記第１時点から前記第２時点までの前記移動体測位情報を計算する複合測位方法。
13. 移動体に搭載され、複合航法により前記移動体の位置を含む移動体測位情報を算出するコンピュータの複合測位プログラムであって、
    測位衛星から送信された衛星信号を受信する衛星信号受信処理と、
    前記衛星信号に基づいて決定された整数アンビギュイティがフィックス解であるか否かを判定する整数アンビギュイティ判定処理と、
    前記整数アンビギュイティがフィックス解である場合に、前記整数アンビギュイティに基づいて、少なくとも現時点より過去の第１時点から前記第１時点より過去の第２時点までの前記移動体測位情報を計算するフィードバック処理であって、前記整数アンビギュイティがフィックス解でないと連続して判定された非フィックス期間の直後にフィックス解が得られた時点から連続して閾値回フィックス解であると判定された場合、前記非フィックス期間の開始時点を前記第２時点とし、前記非フィックス期間の終了時点を第１時点として、少なくとも前記第１時点から前記第２時点までの前記移動体測位情報を計算するフィードバック処理と
    を前記コンピュータに実行させる複合測位プログラム。

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