JP6908865B2 - 航法衛星システム受信装置、その航法衛星信号処理方法及びプログラム - Google Patents
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(1−1)仰角マスクによる方法
航法衛星信号の仰角に閾値を設定し、これに基づいて測位、時刻同期に使用する航法衛星信号を選択する仰角マスクによる方法は開空間が天頂を中心とした円形状に近い場合には適用の効果が高いが、それ以外の一般的な受信環境においては本来、測位、時刻同期精度の向上に寄与する可視衛星信号をも排除してしまう可能性がある。例えば図19の受信環境では仰角閾値を40度に設定した場合、東側の開空間に位置する可視衛星信号は排除されてしまう。このため測位、時刻同期に使用する航法衛星信号の選択が適切に行われないことがあった。また、閾値の設定値が厳格な場合(閾値仰角が大きい場合)には測位、時刻同期に必要な数の航法衛星信号が一時的に確保できないケースを生じる可能性がある。一方、閾値の設定値が緩い場合(閾値仰角が小さい場合)には直接波を伴わないマルチパス信号として受信される、不可視衛星信号を十分に排除することができず、精度が劣化する可能性がある。
受信した航法衛星信号の受信信号強度や信号対雑音比等に閾値を設定し、測位、時刻同期に使用する航法衛星信号を選別するSNRマスクによる方法では、最適な閾値が航法衛星アンテナの受信特性、航法衛星アンテナの設置環境、航法衛星信号受信装置の感度、航法衛星の仰角、干渉信号の重畳の状況等に依存する。特に干渉信号は航法衛星信号の信号対雑音比を経時的に変動させる可能性がある。干渉信号には航法衛星信号の受信を妨げる目的で意図的に送出されるジャミング信号やモバイル通信で使用される信号等が想定されるが、干渉信号源と航法衛星アンテナとの位置関係や干渉信号の強度そのものが経時的に変動する場合には航法衛星信号の信号対雑音比の経時的な変動をもたらす。
(2−1)SNRに基づく重みづけによる方法
受信した航法衛星信号の受信信号強度や信号対雑音比等によって測位、時刻同期に使用する航法衛星信号に対して信号処理の際に重みづけをする方法では、直接波として受信可能な可視衛星信号の数よりも直接波を伴わないマルチパス信号として受信される不可視衛星信号の数の方が大きい場合、相対的に不可視衛星信号の寄与が大きくなる可能性があり、結果的に精度の劣化を回避できないことがあった。
可視衛星として受信される可能性の高い、仰角の大きい衛星に重みづけを行う方法では、衛星の経時的な位置によっては仰角の大きい衛星数が減少し、相対的に不可視衛星信号の寄与が大きくなる可能性があり、結果的に精度の劣化を回避できないことがあった。
(3−1)偏波アイソレーションによる方法
反射信号の円偏波の旋転方向が反転することを利用し、円偏波に依存するアイソレーション特性を有する航法衛星アンテナによって奇数回反射した航法衛星信号の信号強度を減衰させる方法である。この方法では、マルチパス信号の受信強度をある程度は減衰することは可能であるが、航法衛星信号受信装置の受信感度以上の強度の信号は受信できてしまい、マルチパス信号の影響を排除できない可能性がある。さらに2回反射する信号に対しては旋転方向がさらに反転して元に戻るので減衰は得られない。そのため測位、時刻同期に使用するのに適切でない信号を十分に排除できないことがあった。
航法衛星アンテナの鉛直上方向の指向性により地面や低仰角からの反射波を減衰させる方法である。この方法は、上記と同様、反射波の受信信号強度をある程度は減衰することはできても、使用するのに適切でない信号を十分に排除できないことがあった。
マルチGNSSの利用形態ではより多くの可視衛星数を確保できるため、精度を向上する上で有効であるが、統計的処理により衛星選択を行う方法では受信した航法衛星信号数の増大に伴い信号の処理負荷が指数関数的に増加する課題がある。このためGNSS受信機の信号処理のリソースの制限から衛星選択のための演算が実施できない、あるいは計算時間を要し、タイムリーに衛星選択を行うことができない場合があった。
(ア)時刻同期装置を起動後にあらかじめ設定部5において設定した所定の受信時間を経て受信した、n個の航法衛星信号のうち、あらかじめ設定部5において設定した信号対雑音比(SNR)の閾値を超える航法衛星信号を選択する。ここでSNRの指標の一つとしてCNRを使用することができる。選択された衛星数が4機に満たない場合、合計の衛星数が4機となるように選択された衛星に加えてCNRが大きい衛星から航法衛星信号を選択する。ここで前記受信時間は、時刻同期装置が航法衛星信号を捕捉し、航法衛星信号から衛星の軌道情報、すなわち航法衛星の位置情報を取得するために設定する。衛星軌道情報はGPSの場合、運行している全てのGPS衛星の概略軌道データであるアルマナック(Almanac)データと各衛星の精密軌道データであるエフェメリス(Ephemeris)データの2種類の軌道データがある。それぞれ航法衛星信号に含まれる航法メッセージから取得することができるが、アルマナックデータを取得するには12分30秒を要する。しかし、CNRの大きい航法衛星信号はランダム・サーチと呼ばれる動作で起動後に速やかに受信され、当該衛星の軌道データは当該衛星の航法メッセージからエフェメリスデータとして取得することができる。従って、前記受信時間はアルマナックデータの取得に要する時間より短い時間の設定であっても必ずしも動作に支障があるわけではない。また、衛星軌道情報は航法メッセージから取得する他にAssisted GNSS方式によりモバイル網を経由してSUPL(Secure User Plane Location)サーバより取得する方法や、インターネット上に公開されている軌道情報を取得する方法もある。以下は航法衛星の軌道情報を公開するサイトの一例である。
URL: http://sys.qzss.go.jp/dod/archives/pnt.html
(イ)前記(ア)で選択された航法衛星信号を使用して測位を行い、その結果を初期座標値とする。
(ア)手順(A)で算出した初期座標値に基づき、受信したn個の航法衛星それぞれの位置と航法衛星信号の時刻から、初期座標値の位置への到達時刻を算出する。
(イ)前記(ア)で算出されたn個の到達時刻のうち最も早い時刻T0を決定する。
(ウ)次にあらかじめ設定部5において設定した許容誤差値dT1によりT0+dT1の基準時刻を設定する。
(エ)前記(ア)で算出されたn個の到達時刻のうちT0+dT1より早くなる航法衛星信号を抽出する。
(オ)前記(エ)で抽出された航法衛星信号数が4以上の場合、抽出された航法衛星信号を使用して測位を行い、前記(ア)の初期座標値を更新する。
(カ)あらかじめ設定部5において設定した座標値更新期間の間、前記(ア)〜(オ)を繰り返し行う。すなわち、位置情報をパラメータとし且つ終了条件が処理時間である再帰処理を行う。
(キ)前記(カ)で抽出された航法衛星信号を使用して測位、時刻同期を行い、得られた時刻情報を、受信した航法衛星信号で生成された時刻情報とする。
(ア)手順(A)で算出した初期座標値に基づき、受信したn個の航法衛星それぞれの位置と航法衛星信号の時刻から、初期座標値の位置への到達時刻を算出する。
(イ)受信したn個の航法衛星のうちm個(ただしn>m)のnCm通りの組み合わせのそれぞれに対し、前記(ア)で算出された、初期座標値の位置への到達時刻の平均値を算出する。
(ウ)前記(イ)で算出されたnCm個の到達時刻の平均値のうち最も早い時刻T0を決定する。
(エ)次にあらかじめ設定部5において設定した許容誤差値dT2によりT0+dT2の基準時刻を設定する。
(オ)前記(ア)で算出されたn個の到達時刻のうちT0+dT2より早くなる航法衛星信号を抽出する。
(カ)前記(オ)で抽出された航法衛星信号が4以上の場合、抽出された航法衛星信号を使用して測位を行い、前記(ア)の初期座標値を更新する。
(キ)あらかじめ設定部5において設定した座標値更新期間の間、前記(ア)〜(カ)を繰り返し行う。すなわち、位置情報をパラメータとし且つ終了条件が処理時間である再帰処理を行う。
(ク)前記(キ)で抽出された航法衛星信号を使用して測位、時刻同期を行い、得られた時刻情報を、受信した航法衛星信号で生成された時刻情報とする。
(ア)手順(A)で算出した初期座標値に基づき、受信したn個の航法衛星それぞれの位置と航法衛星信号の時刻から、初期座標値の位置への到達時刻を算出する。
(イ)受信したn個の航法衛星のうちm個(ただしn>m)のnCm通りの組み合わせのそれぞれに対し、前記(ア)で算出された、初期座標値の位置への到達時刻の平均値を算出する。
(ウ)前記(イ)で算出されたnCm個の到達時刻の平均値のうち最も早い時刻T0を決定する。
(エ)次にあらかじめ設定部5において設定した許容誤差値dT3によりT0+dT3の基準時刻を設定する。
(オ)前記(イ)で算出されたnCm個の組み合わせの到達時刻の平均値のうちT0+dT3より早くなる組み合わせに含まれる航法衛星信号を抽出する。
(カ)前記(オ)で抽出された航法衛星信号を使用して測位を行い、前記(ア)の初期座標値を更新する。
(キ)あらかじめ設定部5において設定した座標値更新期間の間、前記(ア)〜(カ)を繰り返し行う。すなわち、位置情報をパラメータとし且つ終了条件が処理時間である再帰処理を行う。
(ク)前記(キ)で抽出された航法衛星信号を使用して測位、時刻同期を行い、得られた時刻情報を、受信した航法衛星信号で生成された時刻情報とする。
2…航法衛星信号受信部
3…時刻情報生成部
4…制御部
5…設定部
Claims (6)
- 複数の航法衛星から受信した航法衛星信号に基づき測位処理又は前記航法衛星との時刻同期処理の少なくとも一方を行う航法衛星システム受信装置において、
4つ以上の航法衛星から同時に受信した航法衛星信号に基づき受信位置及び受信時刻を算出する航法衛星信号受信部と、
同時受信可能な4つ以上の航法衛星からの各航法衛星信号に基づき受信位置の初期値及び各航法衛星の軌道位置を算出し、算出した受信位置及び軌道位置並びに各航法衛星信号に含まれる時刻情報に基づき各航法衛星信号の到達時刻を算出し、算出した到達時刻に基づき航法衛星信号を抽出し、抽出された航法衛星信号に基づき測位処理又は時刻同期処理を行うよう制御する制御部とを備え、
前記制御部は、受信位置の初期値及び各航法衛星の軌道位置の算出において、所定の閾値を超える受信状態の航法衛星信号を選択する
ことを特徴とする航法衛星システム受信装置。 - 前記制御部は、最先の到達時刻に許容誤差値を加えた時刻より到達時刻が早い航法衛星信号を抽出する
ことを特徴とする請求項1記載の航法衛星システム受信装置。 - 前記許容誤差値を航法衛星信号の受信状態に基づいて決定した
ことを特徴とする請求項2記載の航法衛星システム受信装置。 - 前記受信状態は、CNR(Carrier-To-Noise Ratio)であり、
前記制御部は、CNRが所定値より大きい航法衛星信号の数に応じて、前記許容誤差値を設定する
ことを特徴とする請求項3記載の航法衛星システム受信装置。 - 複数の航法衛星から受信した航法衛星信号に基づき測位処理又は前記航法衛星との時刻同期処理の少なくとも一方を行う航法衛星システム受信装置における航法衛星信号処理方法おいて、
航法衛星システム受信装置は、4つ以上の航法衛星から同時に受信した航法衛星信号に基づき受信位置及び受信時刻を算出する航法衛星信号受信部と、前記航法衛星信号受信部を制御する制御部とを備え、
前記航法衛星信号処理方法は、前記制御部が、
同時受信可能な4つ以上の航法衛星からの各航法衛星信号に基づき受信位置の初期値及び各航法衛星の軌道位置を算出するステップと、
算出した受信位置及び軌道位置並びに各航法衛星信号に含まれる時刻情報に基づき各航法衛星信号の到達時刻を算出するステップと、
算出した到達時刻に基づき航法衛星信号を抽出するステップと、
抽出された航法衛星信号に基づき測位処理又は時刻同期処理を行うよう制御するステップとを備え、
前記受信位置の初期値及び各航法衛星の軌道位置を算出するステップにおいて、所定の閾値を超える受信状態の航法衛星信号を選択する
ことを特徴とする航法衛星システム受信装置における航法衛星信号処理方法。 - コンピュータを、前記請求項1乃至4何れか1項記載の航法衛星システム受信装置の各部として機能させることを特徴とする航法衛星信号処理プログラム。
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