JP6807526B2 - 衛星測位システム、電子機器、送信機及び測位方法 - Google Patents

Description

本開示は、ＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム）衛星等のＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から電波を受信して位置座標を算出する衛星測位システム、電子機器、送信機及び測位方法に関する。

ＧＰＳとは、地球の上空を回転する２４個の衛星位置を基準とし、地球上を三次元で検出する衛星測位法である。このＧＰＳの一例として、キネマティック測位法がある。このキネマティック測位法とは、位置座標が既知（電子基準点）である固定局（基地局）で受信される電波（搬送波）に基づいて誤差を算出し、当該算出された誤差を移動局（電子機器）に送信することで当該移動局での位置測定の精度を向上させる方式である。このキネマティック測位法の発展型の測位法として、リアルタイムで移動局の位置測定を行うリアルタイムキネマティック（以下、ＲＴＫという）測位法がある。このＲＴＫ測位法では、ＧＰＳ衛星から地上に送信される搬送波（電波）の波数（波の数）の差分を利用して位置座標を求める。しかしながら、このＲＴＫ測位法を実施するには、位置座標を求める移動局においてＧＰＳ衛星からの電波を受信する必要があり、例えば橋の下などのＧＰＳ衛星からの電波を受信できない場所ではＲＴＫ測位を行うことができない。

特許文献１には、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できないときに、各ＰＨＳ基地局の基地局推定位置と電界強度による擬似距離との３地点測量演算により現在位置を推定するマンロケーションシステムが開示されている。

特開平１０−２１３６４４号公報

本開示は高精度の測位を可能とする衛星測位システム、電子機器、送信機及び測位方法を提供する。

本開示における衛星測位システムは、所定の周波数を有する第１電波を送信する送信機と、ＧＮＳＳ衛星からの第２電波を用いて自機の位置座標を演算する電子機器とを備え、送信機の位置座標を求める衛星測位システムである。電子機器は、受信部と、制御部とを備える。受信部は、送信機からの第１電波と、ＧＮＳＳ衛星からの第２電波とを受信する。制御部は、受信した第１電波に基づいて電子機器と送信機との距離を算出し、受信した第２電波に基づいて自機の位置座標を演算する。制御部は、電子機器が３地点以上の地点にあるときに受信した第２電波に基づいて３地点以上の地点の位置座標をそれぞれ演算し、電子機器が３地点以上の地点にあるときの電子機器と送信機との距離をそれぞれ算出し、３地点以上の位置座標と、３地点以上の地点と送信機とのそれぞれの距離とに基づいて、送信機の位置座標を算出する。

本開示における衛星測位システムの測位方法は、所定の周波数を有する第１電波を送信する送信機と、ＧＮＳＳ衛星からの第２電波を用いて自機の位置座標を演算する電子機器とを用いて所望の位置の位置座標を算出する衛星測位システムの測位方法である。測位方法は、送信機が、電子機器が３地点以上の地点にあるときに、所望の位置において、第１電波を送信するステップを含む。また、測位方法は、電子機器が、自機が３地点以上の地点にあるときに、送信機からの第１電波と、ＧＮＳＳ衛星からの第２電波と、を受信するステップを含む。また、測位方法は、電子機器が３地点以上の地点にあるときに受信した第２電波に基づいて、３地点以上のそれぞれの位置座標を演算するステップを含む。また、測位方法は、電子機器が３地点以上の地点にあるときに受信した第１電波に基づいて、電子機器と送信機とのそれぞれの距離を算出するステップを含む。また、測位方法は、電子機器が３地点以上の地点にあるときの、それぞれの位置座標と、電子機器と送信機とのそれぞれの距離と、に基づいて、所望の位置の位置座標を算出するステップを含む。

本開示における電子機器は、ＧＮＳＳ衛星からの電波を用いて自機の位置座標を演算する電子機器である。電子機器は、受信部と、制御部とを備える。受信部は、所望の位置にある送信機からの第１電波と、ＧＮＳＳ衛星からの第２電波とを受信する。制御部は、受信した第１電波に基づいて電子機器と送信機との距離を算出し、受信した第２電波に基づいて自機の位置座標を演算する。制御部は、電子機器が複数の地点にあるときに受信した第２電波に基づいて複数の地点の位置座標をそれぞれ演算し、電子機器が複数の地点にあるときの電子機器と送信機との距離をそれぞれ算出し、３地点以上の位置座標と、３地点以上の地点と送信機とのそれぞれの距離とに基づいて、送信機の位置座標を算出する。

本開示における送信機は、所定の周波数を有する第１電波を送信する送信機と、ＧＮＳＳ衛星からの第２電波を用いて自機の位置座標を演算する電子機器とを備え、送信機の位置座標を求める衛星測位システムのための送信機である。送信機は、１５７５．４２ＭＨｚまたは１２２７．６０ＭＨｚの周波数を有する電波を送信する。

図１は、実施の形態における衛星測位システムの概略図である。 図２は、図１の測位端末３の構成を示すブロック図である。 図３は、図１のＲＡＷデータ送信機２の構成を示すブロック図である。 図４は、図１の固定局１の構成を示すブロック図である。 図５は、実施の形態における衛星測位システムの動作を説明するための概略図である。 図６Ａは、実施の形態における測位端末３の測位処理時のフローチャートである。 図６Ｂは、図６Ａの位置座標演算処理（ステップＳ２）の詳細を説明するフローチャートである。 図６Ｃは、図６Ａの距離算出処理（ステップＳ３）の詳細を説明するフローチャートである。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

以下の実施の形態では、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の例としてＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム）について説明する。ＧＮＳＳの例として、ＧＰＳのほか、ＧＬＯＮＡＳＳ（グロナス）、北斗、ガリレオなども知られている。本開示の技術は、これらのＧＮＳＳにも適用できる。

（本開示の概要）
ＲＴＫ測位法では、未知点（位置が不明な点）での位置座標を求めるために、位置座標が既知である固定局からＧＰＳ補正データを受信し、当該受信したＧＰＳ補正データに基づいて位置座標を求める。このＧＰＳ補正データは、位置座標が正確に判明している地点（固定局、基地局）において、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して得られる位置座標と正確な位置座標とを差し引き計算することで得られた誤差を算出するために使用されるデータをいい、このＧＰＳ補正データを用いて精度の高い測位を実施できる。

しかし、上述したＲＴＫ測位法を実施するには、ＧＰＳ衛星からの電波を受信する必要がある。しかし、ビルの谷間や橋桁の下などでの工事現場ではＧＰＳ衛星からの電波を受信できない場合があり、その場合、測位を行うことができない。

上述したような課題に着目して、本開示では、ＧＰＳ衛星等のＧＮＳＳ衛星からの電波を受信できる（ＧＮＳＳ衛星からの電波を用いて測位できる）既知点での位置座標データを用いてＧＮＳＳ衛星からの電波を受信できない（ＧＮＳＳ衛星からの電波を用いて測位できない）未知点での位置座標を求めることができる衛星測位システム、電子機器、送信機及び測位方法を提供する。以下、図１〜図６を用いて、実施の形態を説明する。

（実施の形態）
［１．構成］
図１は、実施の形態における衛星測位システムの概略図である。図１の衛星測位システムは、固定局１と、ＲＡＷデータ送信機２と、測位端末３とを備える。測位端末３は、例えばパーソナルコンピュータなどの電子機器である。ここで、固定局１は座標が既知である電子基準点に設置され、測位端末３は固定局１から離れて移動する。

固定局１及び測位端末３は、各ＧＰＳ受信アンテナ１０，３０−１を介してＧＰＳ衛星からの電波を搬送波としてそれぞれ受信する。測位端末３は、自機で観測した搬送波と固定局１で受信した搬送波との行路差をＧＰＳ衛星それぞれについて算出することにより固定局１を始点とした基線ベクトルを求め、自機の位置座標をそれぞれ求める。ここで、測位端末３は、固定局１から無線送信アンテナ１５および無線受信アンテナ３０−２を介してＧＰＳ補正データを受信し、当該受信したＧＰＳ補正データ及び自機で観測した搬送波に基づいてＲＴＫ測位を実施して自機の位置座標を算出する。また、ＲＡＷデータ送信機２は、ＧＰＳ衛星からの電波と同一の周波数を有する電波を生成して無線送信アンテナ２３およびＧＰＳ受信アンテナ３０−１を介して測位端末３に送信する。以下、詳細に説明する。

図２は、測位端末３の構成を示すブロック図である。測位端末３は、ＧＰＳ受信アンテナ３０−１と、無線受信アンテナ３０−２と、ＧＰＳ電波受信部３１と、位相カウンタ３２と、無線受信部３３と、制御部３４と、記憶部３５と、表示部３６と、入力部３７とを備える。表示部３６は、例えば液晶ディスプレイなどである。入力部３７は、例えばキーボードまたはマウスなどの入力ユーザインターフェース（ＵＩ）である。また、制御部３４は、ＲＴＫ演算部３４０と、距離算出部３４１と、座標算出部３４２とを備える。制御部３４は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等で構成され、所定のプログラムを実行することで所定の機能を実行する。又は、制御部３４は、専用のハードウェア回路（ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等）で構成されてもよい。ここで、測位端末３の測位を開始する場合は、ユーザは入力部３７を介して操作する。

ＧＰＳ電波受信部３１は、ＧＰＳ受信アンテナ３０−１を介してＧＰＳ衛星からの電波を搬送波として受信し、当該受信した搬送波データを位相カウンタ３２に出力する。また、ＧＰＳ電波受信部３１は、ＧＰＳ受信アンテナ３０−１を介してＲＡＷデータ送信機２からの電波を搬送波として受信し、当該受信した搬送波データを位相カウンタ３２に出力する。

位相カウンタ３２は、測位端末３で受信した電波の搬送波データに基づいて、当該搬送波の波数をカウントして搬送波位相を算出してＲＴＫ演算部３４０に出力する。位相カウンタ３２は、ＲＡＷデータ送信機２からの電波の搬送波データに基づいて、当該搬送波の波数をカウントして搬送波位相を算出して距離算出部３４１に出力する。

無線受信部３３は、無線受信アンテナ３０−２を介して固定局１からＧＰＳ補正データを受信する。無線受信部３３は、当該受信したＧＰＳ補正データをＲＴＫ演算部３４０に出力する。

入力部３７は、ユーザから測位開始の操作があると、測位開始指示信号を生成してＲＴＫ演算部３４０に出力する。

ＲＴＫ演算部３４０は、入力された測位開始指示信号に基づいて、固定局１で受信した電波の搬送波位相と、測位端末３で受信した電波の搬送波位相との差分である行路差を算出する。ＲＴＫ演算部３４０は、算出された行路差に基づいて、固定局１を始点としかつ測位端末３を終点とする基線ベクトルを求めて測位端末３の位置座標（固定局１に対する測位端末３の相対座標）を算出し、当該算出された位置座標データを表示部３６に出力して記憶部３５に格納する。表示部３６は、当該算出された測位端末３の位置座標を表示する。

距離算出部３４１は、位相カウンタ３２からのＲＡＷデータ送信機２からの電波の搬送波位相に基づいて、測位端末３とＲＡＷデータ送信機２との距離を算出し、当該算出された距離データを表示部３６に出力し記憶部３５に格納する。ここで、距離算出部３４１は、１波長分の長さにＲＡＷデータ送信機２からの電波の搬送波位相を乗算することにより測位端末３とＲＡＷデータ送信機２との距離を算出する。表示部３６は、距離データを表示する。

入力部３７は、ユーザから（三角錐の頂点）座標算出指示の操作があると、座標算出指示信号を生成して座標算出部３４２に出力する。なお、ユーザは表示部３６を介して（三角錐の頂点）座標を算出するのに必要なデータがすべて揃ったことを確認する。

座標算出部３４２は、入力された座標算出指示信号に基づいて、記憶部３５に格納された既知点の位置座標及び既知点と未知点との距離に基づいて、未知点の位置座標を算出して表示部３６に出力する。表示部３６は、未知点の位置座標を表示する。

図３は、ＲＡＷデータ送信機２の構成を示すブロック図である。ＲＡＷデータ送信機２は、入力部２０と、搬送波生成部２１と、電力増幅部２２と、無線送信アンテナ２３とを備える。

入力部２０は、キーボード、マウス、スイッチ等の入力ユーザインターフェースであり、ユーザによる操作を受付ける。入力部２０は、ユーザから送信開始の操作があると、送信開始信号を生成して搬送波生成部２１に出力する。

搬送波生成部２１は、入力された送信開始信号に基づいて、ＧＰＳ衛星からの電波と同様の周波数を有する搬送波（電波）を生成して電力増幅部２２に出力する。ここで、搬送波生成部２１は、ＧＰＳ衛星からの電波と同様の信号を送出する。すなわち、搬送波生成部２１は、Ｌ１波帯（１５７５．４２ＭＨｚ）またはＬ２波帯（１２２７．６０ＭＨｚ）の搬送波を生成して電力増幅部２２に出力する。

電力増幅部２２は、例えば、電力増幅器であり、入力された搬送波の電圧レベルを所定の電圧レベルまで増幅して無線送信アンテナ２３を介して測位端末３に送信する。

図４は、固定局１の構成を示すブロック図である。固定局１は、ＧＰＳ受信アンテナ１０と、ＧＰＳ受信部１１と、位相カウンタ１２と、位相カウンタメモリ１２ｍと、ＧＰＳ補正データ生成部１３と、無線送信部１４と、無線送信アンテナ１５とを備える。

ＧＰＳ受信部１１は、ＧＰＳ受信アンテナ１０を介してＧＰＳ衛星からの電波を搬送波として受信し、当該受信した搬送波データを位相カウンタ１２及びＧＰＳ補正データ生成部１３にそれぞれ出力する。

位相カウンタ１２は、搬送波データに基づいて、当該搬送波の波数をカウントして搬送波位相を算出して位相カウンタメモリ１２ｍに格納する。

ＧＰＳ補正データ生成部１３は、ＲＴＫ測位法を用いて測位端末３の位置座標を演算するためのＧＰＳ補正データを生成して無線送信部１４に出力する。

無線送信部１４は、ＧＰＳ補正データを無線送信アンテナ１５を介して測位端末３の無線受信アンテナ３０−２に送信する。

［２．動作］
以上のように構成された衛星測位システムについて、その動作を以下説明する。

図５は実施の形態における衛星測位システムの動作を説明するための概略図である。図５において、地点Ａ〜ＣはＧＰＳ衛星からの電波を受信できる地点であり、地点ＤはＧＰＳ衛星から電波を受信できない地点である。以下、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できない場所（Ｄ点）の位置座標を、上述した衛星測位システムを用いて求める際の衛星測位システムの動作を説明する。

先ず、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できる第１地点（Ａ点）に配置した測位端末３を用いて、第１地点（Ａ点）の位置座標を求める。次に、ＲＡＷデータ送信機２及び測位端末３を用いて、Ａ点からＤ点までの距離Ｄ１を求める。

続いて、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できる第２地点（Ｂ点）に配置した測位端末３を用いて、第２地点（Ｂ点）の位置座標を求める。次に、ＲＡＷデータ送信機２及び測位端末３を用いて、Ｂ点からＤ点までの距離Ｄ２を求める。

最後に、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できる第３地点（Ｃ点）に配置した測位端末３を用いて、第３地点（Ｃ点）の位置座標を求める。次に、ＲＡＷデータ送信機２及び測位端末３を用いて、Ｃ点からＤ点までの距離Ｄ３を求める。

ここで、Ａ点〜Ｄ点をそれぞれ直線で結ぶと三角錐が形成される。従って、この三角錐の底面の３地点（Ａ点〜Ｃ点）の位置座標と、これら３地点から頂点（Ｄ点）までの距離（Ｄ１〜Ｄ３）が分かれば、以下の計算方法を用いて、三角錐の頂点（Ｄ点）の座標を求めることができる。以下、この動作をフローチャートでより詳細に説明する。

図６Ａは実施の形態における測位端末３の測位処理時のフローチャートである。

図６Ａにおいて、ユーザは、測位端末３を所望の場所（Ａ点）に設置して、入力部３７を介して測位端末３の測位を開始する（ステップＳ１）。これにより、測位端末３の制御部３４は、位置座標演算処理（ステップＳ２）を実行して、Ａ点の位置座標を演算して記憶部３５に格納する。次に、測位端末３の制御部３４は、距離算出処理（ステップＳ３）を実行して、Ａ点とＲＡＷデータ送信機２を設置する場所（Ｄ点）との距離（Ｄ１）を測定して記憶部３５に格納する。ここで、位置座標演算処理（ステップＳ２）及び距離算出処理（ステップＳ３）の詳細を以下に説明する。

図６Ｂは図６Ａの位置座標演算処理（ステップＳ２）の詳細を説明するフローチャートである。図６Ｂにおいて、測位端末３の制御部３４は、ＲＴＫ測位法を実施して自機の位置座標を演算し（ステップＳ２０）、演算した自機の位置座標を記憶部３５に格納する（ステップＳ２１）。

図６Ｃは図６Ａの距離算出処理（ステップＳ３）の詳細を説明するフローチャートである。図６Ｃにおいて、ユーザは、ＲＡＷデータ送信機２を測位端末３の位置に設置し、電波の送信を開始する（ステップＳ３０）。これにより、測位端末３は、ＲＡＷデータ送信機２からの電波を受信した時点において、ＲＡＷデータ送信機２からの電波の搬送波位相をゼロに設定することができる。このように、先ず、ＲＡＷデータ送信機２を測位端末３の位置に接近させてから送信を開始させることにより、搬送波位相の初期値を設定する。すなわち、測位端末３の制御部３４は、ＲＡＷデータ送信機２から受信した電波の搬送波位相をどこから計数すればいいかを判断することが可能となる。従って、次のステップＳ３１でＲＡＷデータ送信機２がＤ点に配置されたときに、測位端末３は、ＲＡＷデータ送信機２から受信した電波の搬送波位相を正確に求めることができる。

次に、ユーザは、ＲＡＷデータ送信機２からの電波を送信した状態で、ＲＡＷデータ送信機２をＤ点に移動させて配置する（ステップＳ３１）。ＲＡＷデータ送信機２がＤ点に配置された状態で、測位端末３の制御部３４は、ＲＡＷデータ送信機２から受信した電波に基づいて、自機の位置とＤ点との間の搬送波位相を連続的にもしくは一定の間隔で計数して自機の位置とＤ点との距離（Ｄ１）を算出する（ステップＳ３２）。次に、測位端末３の制御部３４は、測位端末３が演算した自機の位置とＤ点との距離データを記憶部３５に格納する（ステップＳ３３）。

例えば、ＲＡＷデータ送信機２から送信される搬送波がＬ１波帯（１５７５．４２ＭＨｚ）でありかつ搬送波位相の計数値が４．３０である場合には、１波長分の長さが１９ｃｍであるので距離（Ｄ１）は１９ｃｍ×４．３０＝８１．７ｃｍと算出される。同様に、ＲＡＷデータ送信機２から送信される搬送波がＬ２波帯（１２２７．６０ＭＨｚ）でありかつ搬送波位相の計数値が４．３０である場合には、１波長分の長さが２４ｃｍであるので距離（Ｄ１）は２４ｃｍ×４．３０＝１０３．２ｃｍと算出される。

ここで、搬送波位相を連続的に計数する場合には、ＲＡＷデータ送信機２の移動速度は自由に設定できるが、搬送波位相を一定の間隔で計数する場合には、ＲＡＷデータ送信機２の移動速度は以下のように制限される。すなわち、搬送波位相を一定の間隔で計数する場合には、ＲＡＷデータ送信機２の移動速度は搬送波の１位相未満でなければならない。例えば、１秒間隔で計数する場合には、１秒間に１位相の長さ１９ｃｍ以上ずれないように計数する。従って、１秒間隔で計数する場合には、ＲＡＷデータ送信機２を１９ｃｍ／秒よりも遅く動かさければならず、０．１秒間隔で計数する場合には、ＲＡＷデータ送信機２を１９０ｃｍ／秒よりも遅く動かさなければならない。これにより、位相が１個ずれたのか、２個ずれたのか判断できなくなることを防ぐことができる。

以上のようにして、Ａ点の位置座標及びＡ点とＤ点との間の距離Ｄ１を求める。その後同様にして、Ｂ点及びＣ点の位置座標及びＢ点又はＣ点とＤ点との間の距離を求める。以下説明する。

図６ＡのフローチャートのステップＳ４に戻って、ユーザは、測位端末３を所望の場所（Ｂ点）に設置して、入力部３７を介して測位端末３の測位を開始する（ステップＳ４）。これにより、測位端末３の制御部３４は、位置座標演算処理（ステップＳ２）を実行して、Ｂ点の位置座標を演算して記憶部３５に格納する。次に、測位端末３の制御部３４は、距離算出処理（ステップＳ３）を実行して、Ｂ点とＲＡＷデータ送信機２を設置する場所（Ｄ点）との距離（Ｄ２）を測定して記憶部３５に格納する。

次に、ユーザは、測位端末３を所望の場所（Ｃ点）に設置して、入力部３７を介して測位端末３の測位を開始する（ステップＳ５）。これにより、測位端末３の制御部３４は、位置座標演算処理（ステップＳ２）を実行して、Ｃ点の位置座標を演算して記憶部３５に格納する。次に、測位端末３の制御部３４は、距離算出処理（ステップＳ３）を実行して、Ｃ点とＲＡＷデータ送信機２を設置する場所（Ｄ点）との距離（Ｄ３）を測定して記憶部３５に格納する。

ユーザは、測位端末３の表示部３６において、Ａ点〜Ｃ点の位置座標及びＤ点とＡ点〜Ｃ点とのそれぞれの距離Ｄ１〜Ｄ３が算出されたことを確認すると、ユーザは、入力部３７を介してＤ点の位置座標算出指示の操作を実行する（ステップＳ６）。これにより、測位端末３の制御部３４は、Ａ〜Ｃ点の位置座標データ及び距離（Ｄ１〜Ｄ３）データに基づいて、三角錐ＡＢＣＤの頂点Ｄの位置座標を算出し、当該算出されたＤ点の位置座標を表示部３６に表示し、この処理は終了する。

三角錐ＡＢＣＤの頂点Ｄの位置座標は、Ａ点とＤ点との距離の方程式と、Ｂ点とＤ点との距離の方程式と、Ｃ点とＤ点との距離の方程式との連立方程式（１）により算出できる。

ここで、各Ａ点〜Ｃ点の位置座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、（ｚ３，ｚ３，ｚ３）は上述したように演算される。また、上述したように、Ａ点とＤ点との距離Ｄ１、Ｂ点とＤ点との距離Ｄ２、及びＣ点とＤ点との距離Ｄ３は上述したように算出される。従って、以下の連立方程式（１）に既知の値を代入することにより、Ｄ点の位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求めることができる。

以上では、３地点の位置座標と、３地点の地点とＲＡＷデータ送信機２とのそれぞれの距離とに基づいて、ＲＡＷデータ送信機２の位置座標を算出する場合について、衛星測位システムの動作を説明した。以下では、一般にｎ地点（ｎ：３以上の自然数）の位置座標と、ｎ地点の地点とＲＡＷデータ送信機２とのそれぞれの距離とに基づいて、ＲＡＷデータ送信機２の位置座標を算出する場合について、衛星測位システムの動作を説明する。

測位端末３のＧＰＳ電波受信部３１は、ｎ地点それぞれにおいて、ＲＡＷデータ送信機２からの第１電波と、ＧＰＳ衛星からの第２電波とを受信する。

次に、測位端末３の制御部３４は、ｎ地点それぞれについて、受信した第１電波に基づいて測位端末３とＲＡＷデータ送信機２との距離を算出する。また、制御部３４は、ｎ地点それぞれについて、受信した第２電波に基づいて測位端末３の位置座標を算出する。

次に、制御部３４は、算出したｎ個の位置座標と、ｎ個のＲＡＷデータ送信機２との距離と、に基づいて、ＲＡＷデータ送信機２の位置座標を算出する。ＲＡＷデータ送信機２の位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、例えば、算出したｎ個の位置座標と、ｎ個のＲＡＷデータ送信機２との距離とから、最小二乗法を用いて求めることができる。具体的には、制御部３４は、ＲＡＷデータ送信機２の位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、以下の連立方程式（２）を解くことにより算出する。

ここで、ｓは以下の式（３）で表わされる。（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ，ｚ_ｉ）は算出したｎ個の位置座標であり（ｉ＝１からｎまでの自然数）、Ｄ_ｉはｎ個の測位端末３とＲＡＷデータ送信機２との間の距離である（ｉ＝１からｎまでの自然数）。

なお、以上で説明したこれらの制御部３４の演算の一部または全部を、測位端末３の外で行うことも可能である。例えば、ｎ個の位置座標（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ，ｚ_ｉ）とｎ個の測位端末３とＲＡＷデータ送信機２との間の距離Ｄ_ｉを、測位端末３以外の装置に送信して、測位端末３以外の装置でこれらの演算を行ってＲＡＷデータ送信機２の位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求めることも可能である。

［３．効果等］
以上のように、本実施の形態に係る衛星測位システムは、所定の周波数を有する第１電波を送信するＲＡＷデータ送信機２と、ＧＰＳ衛星からの第２電波を用いて自機の位置座標を演算する測位端末３とを備え、ＲＡＷデータ送信機２の位置座標を求める衛星測位システムである。測位端末３は、ＧＰＳ電波受信部３１と、制御部３４とを備える。ＧＰＳ電波受信部３１は、ＲＡＷデータ送信機２からの第１電波と、ＧＰＳ衛星からの第２電波とを受信する。制御部３４は、受信した第１電波に基づいて測位端末３とＲＡＷデータ送信機２との距離を算出し、受信した第２電波に基づいて自機の位置座標を演算する。制御部３４は、測位端末３が３地点以上の地点にあるときに受信した第２電波に基づいて３地点以上の地点の位置座標をそれぞれ演算し、測位端末３が３地点以上の地点にあるときの測位端末３とＲＡＷデータ送信機２との距離をそれぞれ算出し、３地点以上の位置座標と、３地点以上の地点とＲＡＷデータ送信機２とのそれぞれの距離とに基づいて、ＲＡＷデータ送信機２の位置座標を算出する。

この構成により、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できない場所の位置座標をより高精度で求めることが可能となる。

また、本実施の形態に係る衛星測位システムは、制御部３４は、測位端末３が第１地点にあるときに受信した第２電波に基づいて第１地点の座標を演算し、測位端末３が第２地点にあるときに受信した第２電波に基づいて第２地点の座標を演算し、測位端末３が第３地点にあるときに受信した第２電波に基づいて第３地点の座標を演算する。制御部３４は、測位端末３が第１地点にあるときの当該測位端末３とＲＡＷデータ送信機２との第１距離を算出し、測位端末３が第２地点にあるときの当該測位端末３とＲＡＷデータ送信機２との第２距離を算出し、測位端末３が第３地点にあるときの当該測位端末３とＲＡＷデータ送信機２との第３距離を算出する。制御部３４は、演算された第１〜第３地点の座標及び第１〜第３距離に基づいて、ＲＡＷデータ送信機２の位置座標を算出する。

この構成により、ＲＴＫ測位法により三角錐の底面の３地点（Ａ点〜Ｃ点）の座標を高精度で求めることができる。さらに、三角錐の底面の３地点から三角錐の頂点（Ｄ点）までの距離（Ｄ１〜Ｄ３）を搬送波の波数により高精度で求めることができる。従って、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できない場所（Ｄ点）の位置座標をより高精度で求めることが可能となる。

また、本実施の形態に係る衛星測位システムは、ＲＡＷデータ送信機２は、１５７５．４２ＭＨｚまたは１２２７．６０ＭＨｚの周波数を有する第１電波を送信する。

この構成により、測位端末３において、ＧＰＳ衛星からの電波とＲＡＷデータ送信機２からの電波とは同一の周波数を有する。従って、ＧＰＳ衛星からの電波を受信する受信部（ＧＰＳ電波受信部３１及び位相カウンタ３２）とＲＡＷデータ送信機２からの電波を受信する受信部（ＧＰＳ電波受信部３１及び位相カウンタ３２）とを共有できるので、新たにＲＡＷデータ送信機２からの電波を受信する回路を追加する必要がない。従って、回路規模の増加を防止できる。

本実施の形態に係る衛星測位システムの測位方法は、所定の周波数を有する第１電波を送信するＲＡＷデータ送信機２と、ＧＰＳ衛星からの第２電波を用いて自機の位置座標を演算する測位端末３とを用いて所望の位置の位置座標を算出する衛星測位システムの測位方法である。測位方法は、ＲＡＷデータ送信機２が、測位端末３が３地点以上の地点にあるときに、所望の位置において、第１電波を送信するステップを含む。また、測位方法は、測位端末３が、自機が３地点以上の地点にあるときに、ＲＡＷデータ送信機２からの第１電波と、ＧＰＳ衛星からの第２電波と、を受信するステップを含む。また、測位方法は、測位端末３が３地点以上の地点にあるときに受信した第２電波に基づいて、３地点以上のそれぞれの位置座標を演算するステップを含む。また、測位方法は、測位端末３が３地点以上の地点にあるときに受信した第１電波に基づいて、測位端末３とＲＡＷデータ送信機２とのそれぞれの距離を算出するステップを含む。また、測位方法は、測位端末３が３地点以上の地点にあるときの、それぞれの位置座標と、測位端末３とＲＡＷデータ送信機２とのそれぞれの距離と、に基づいて、所望の位置の位置座標を算出するステップを含む。

この方法により、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できない場所の位置座標をより高精度で求めることが可能となる。

本実施の形態に係る測位端末３は、ＧＰＳ衛星からの電波を用いて自機の位置座標を演算する測位端末３である。測位端末３は、ＧＰＳ電波受信部３１と、制御部３４とを備える。ＧＰＳ電波受信部３１は、所望の位置にあるＲＡＷデータ送信機２からの第１電波と、ＧＰＳ衛星からの第２電波とを受信する。制御部３４は、受信した第１電波に基づいて測位端末３とＲＡＷデータ送信機２との距離を算出し、受信した第２電波に基づいて自機の位置座標を演算する。制御部３４は、測位端末３が複数の地点にあるときに受信した第２電波に基づいて複数の地点の位置座標をそれぞれ演算し、測位端末３が複数の地点にあるときの測位端末３とＲＡＷデータ送信機２との距離をそれぞれ算出する。そして、制御部３４は、３地点以上の位置座標と、３地点以上の地点とＲＡＷデータ送信機２とのそれぞれの距離とに基づいて、ＲＡＷデータ送信機２の位置座標を算出する。

この構成により、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できない場所の位置座標をより高精度で求めることが可能となる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上述した実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

また、上述した実施の形態において、固定局１、ＲＡＷデータ送信機２及び測位端末３を構成する構成要素をそれぞれ１つのモジュールとして構成してもよいし、各構成要素を組み合わせて複数のモジュールとしてそれぞれ構成してもよい。また、各ＧＰＳ受信アンテナ及び無線送受信アンテナは固定局１、ＲＡＷデータ送信機２及び測位端末３の外部にそれぞれ設置した外付けアンテナであってもよいし、固定局１、ＲＡＷデータ送信機２及び測位端末３の内部に設置した内蔵アンテナであってもよい。

また、上述した実施の形態では、１つの測位端末３を三角錐の底面の各頂点に移動させることにより三角錐の底面の各頂点の座標と、三角錐の底面の各頂点と三角錐の頂点（ＲＡＷデータ送信機２の位置）との距離とを求めたが、本開示はこれに限定されない。例えば、三角錐の底面の各頂点に測位端末３をそれぞれ設置し、各測位端末３において自機の位置座標と自機と三角錐の頂点との距離とをそれぞれ求めてもよい。この場合には、いずれか１つの測位端末３を三角錐の頂点の座標を算出する第１の電子機器に設定し、この第１の電子機器において、他の２つの第２及び第３の電子機器で求めたデータを受信する機能を備え、他２つの第２及び第３の電子機器では自機で求めたデータを第１の電子機器に送信する機能を備える。

また、上述した実施の形態では、固定局１を既知点に設置された固定局（ＲＲＳ、Ｒｅａｌ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）として記載したが、これに限定されない。例えば仮想基準点（ＶＲＳ、Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）を用いる場合であってもよい。

さらに、上述した実施の形態では、電子機器が、パーソナルコンピュータである例を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えばタブレット端末、携帯電話、スマートフォン、などの電子機器に広く適用することが可能である。

またさらに、上述した実施の形態では、測位端末３は、ＧＰＳ衛星からの電波を３地点で受信し、各地点での位置座標に基づいて未知点の位置座標を算出した。しかし、本開示はこれに限らず、測位端末３は、ＧＰＳ衛星からの電波を４点以上で受信し、各地点での位置座標と、各地点と未知点との間のそれぞれの距離とに基づいて、未知点の位置座標を算出してもよい。さらに、測位端末３は、これらの４点以上の位置座標のうち、未知点を算出するのに最適な３点を選択し、当該選択された３点の位置座標と、これらの３点と未知点とのそれぞれの距離とに基づいて未知点の位置座標を算出してもよい。ここで、最適な３点とは、未知点とともに三角錐を形成することができる３点としてもよい。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、ＧＰＳ衛星等のＧＮＳＳ衛星からの電波を用いたＲＴＫ測位法で位置座標を演算する機能を備えた電子機器であれば適用可能である。また本開示は搬送波を用いた測位方法で位置座標を演算する機能を備えた電子機器においても適用可能である。具体的には、タブレット端末、携帯電話、スマートフォン、などに、本開示は適用可能である。また、これらの電子機器を備える衛星測位システム、及び測位方法にも本開示は適用可能である。

１ 固定局
２ ＲＡＷデータ送信機
３ 測位端末（電子機器）
１０，３０−１ ＧＰＳ受信アンテナ
１１ ＧＰＳ受信部
１２，３２ 位相カウンタ
１２ｍ 位相カウンタメモリ
１３ ＧＰＳ補正データ生成部
１４ 無線送信部
２０ 入力部
２１ 搬送波生成部
２２ 電力増幅部
１５，２３ 無線送信アンテナ
３０−２ 無線受信アンテナ
３１ ＧＰＳ電波受信部
３３ 無線受信部
３４ 制御部
３５ 記憶部
３６ 表示部
３７ 入力部
３４０ ＲＴＫ演算部
３４１ 距離算出部
３４２ （三角錐の頂点）座標算出部

Claims (9)

1. 所定の周波数を有する第１電波を送信する送信機と、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からの第２電波を用いて自機の位置座標を演算する電子機器とを備え、前記送信機の位置座標を求める衛星測位システムであって、
   前記電子機器は、
   ユーザが操作可能な入力部と、
   前記送信機からの前記第１電波と、前記ＧＮＳＳ衛星からの前記第２電波とを受信する受信部と、
   前記受信した第１電波に基づいて前記電子機器と前記送信機との距離を算出し、前記受信した第２電波に基づいて自機の位置座標を演算する制御部と、
   前記送信機の位置座標を表示する表示部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記電子機器が３地点以上の地点にあるときに、それぞれの地点において前記入力部を介して測位を開始し、前記ＧＮＳＳ衛星から受信した前記第２電波に基づいて前記３地点以上の位置座標をそれぞれ演算し、
   前記電子機器が前記３地点以上の地点にあるときの前記電子機器と前記送信機との距離をそれぞれ算出し、
   前記３地点以上の位置座標と、前記３地点以上の地点と前記送信機とのそれぞれの距離とに基づいて、前記入力部を介して前記送信機の位置座標を算出し、
   前記算出された送信機の位置座標を前記表示部に表示し、
   前記第１電波と前記第２電波とは同様の周波数である、
   衛星測位システム。
2. 前記制御部は、
   前記電子機器が第１地点にあるときに受信した前記第２電波に基づいて前記第１地点の座標を演算し、前記電子機器が第２地点にあるときに受信した前記第２電波に基づいて前記第２地点の座標を演算し、前記電子機器が第３地点にあるときに受信した前記第２電波に基づいて前記第３地点の座標を演算し、
   前記電子機器が前記第１地点にあるときの当該電子機器と前記送信機との第１距離を算出し、前記電子機器が前記第２地点にあるときの当該電子機器と前記送信機との第２距離を算出し、前記電子機器が前記第３地点にあるときの当該電子機器と前記送信機との第３距離を算出し、
   前記演算された前記第１〜第３地点の座標及び前記第１〜第３距離に基づいて、前記送信機の位置座標を算出する、
   請求項１記載の衛星測位システム。
3. 前記送信機は、１５７５．４２ＭＨｚまたは１２２７．６０ＭＨｚの周波数を有する前記第１電波を送信する請求項１または２記載の衛星測位システム。
4. 所定の周波数を有する第１電波を送信する送信機と、ＧＮＳＳ衛星からの第２電波を用いて自機の位置座標を演算する電子機器を用いて所望の位置の位置座標を算出する衛星測位システムの測位方法であって、
   前記送信機が、前記電子機器が３地点以上の地点にあるときに、前記所望の位置において、前記第１電波を送信するステップと、
   前記電子機器が、自機が前記３地点以上の地点にあるときに前記送信機からの前記第１電波と、前記ＧＮＳＳ衛星からの前記第２電波と、を受信するステップと、
   前記電子機器が前記３地点以上の地点にあるときに、それぞれの地点において前記電子機器への入力操作を介して測位を開始し、前記ＧＮＳＳ衛星から受信した前記第２電波に基づいて、前記３地点以上のそれぞれの位置座標を演算するステップと、
   前記電子機器が前記３地点以上の地点にあるときに受信した第１電波に基づいて、前記電子機器と前記送信機とのそれぞれの距離を算出するステップと、
   前記電子機器が前記３地点以上の地点にあるときの、それぞれの位置座標と、前記電子機器と前記送信機とのそれぞれの距離と、に基づいて、前記電子機器への入力操作を介して前記所望の位置の位置座標を算出するステップと、
   前記電子機器が、前記算出された送信機の位置座標を表示するステップと、を含み、
   前記第１電波と前記第２電波とは同様の周波数である、
   衛星測位システムの測位方法。
5. 前記自機と前記送信機との距離は、前記送信機から受信した第１電波の波数に基づいて算出される、
   請求項４記載の衛星測位システムの測位方法。
6. 前記所定の周波数は、１５７５．４２ＭＨｚまたは１２２７．６０ＭＨｚである、
   請求項４または５記載の衛星測位システムの測位方法。
7. ＧＮＳＳ衛星からの電波を用いて自機の位置座標を演算する電子機器であって、
   前記電子機器は、
   ユーザが操作可能な入力部と、
   所望の位置にある送信機からの第１電波と、ＧＮＳＳ衛星からの第２電波とを受信する受信部と、
   前記受信した第１電波に基づいて前記電子機器と前記送信機との距離を算出し、前記受信した第２電波に基づいて自機の位置座標を演算する制御部と、
   前記送信機の位置座標を表示する表示部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記電子機器が複数の地点にあるときに、それぞれの地点において前記入力部を介して測位を開始し、前記ＧＮＳＳ衛星から受信した前記第２電波に基づいて前記複数の地点の位置座標をそれぞれ演算し、
   前記電子機器が前記複数の地点にあるときの前記電子機器と前記送信機との距離をそれぞれ算出し、
   ３地点以上の位置座標と、前記３地点以上の地点と前記送信機とのそれぞれの距離とに基づいて、前記入力部を介して前記送信機の位置座標を算出し、
   前記算出された送信機の位置座標を前記表示部に表示し、
   前記第１電波と前記第２電波とは同様の周波数である、
   電子機器。
8. 前記制御部は、
   前記電子機器が第１地点にあるときに受信した第２電波に基づいて前記第１地点の座標を演算し、前記電子機器が第２地点にあるときに受信した前記第２電波に基づいて前記第２地点の座標を演算し、前記電子機器が第３地点にあるときに受信した前記第２電波に基づいて前記第３地点の座標を演算し、
   前記電子機器が前記第１地点にあるときの当該電子機器と前記送信機との第１距離を算出し、前記電子機器が前記第２地点にあるときの当該電子機器と前記送信機との第２距離を算出し、前記電子機器が前記第３地点にあるときの当該電子機器と前記送信機との第３距離を算出し、
   前記演算された前記第１〜第３地点の座標及び前記第１〜第３距離に基づいて、前記送信機の位置座標を算出する、
   請求項７記載の電子機器。
9. 前記送信機は、１５７５．４２ＭＨｚまたは１２２７．６０ＭＨｚの周波数を有する前記第１電波を送信する請求項７または８記載の電子機器。

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