JP7111298B2 - Satellite selection device and program - Google Patents
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Description
本発明は、衛星選択装置、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a satellite selection device and program.
従来より、複数の衛星からの信号を受信して自己の位置を算出する際に、複数の衛星からの信号のうち、一部の衛星の信号を使用せずに自己の位置を計算する位置検出装置が知られている(特許文献1)。この位置検出装置では、衛星からの信号を受信する受信機と、衛星との相対速度により生じるドップラー周波数について、受信機の静止中に測定した測定値と予測値との差が閾値以上となる衛星からの信号を使用せずに自己の位置を計算している。 Conventionally, when receiving signals from multiple satellites and calculating one's own position, among the signals from multiple satellites, some of the satellite signals are not used to calculate the position of one's own position. A device is known (Patent Document 1). In this position detection device, the difference between the Doppler frequency generated by the relative velocity between the receiver that receives the signal from the satellite and the satellite, the difference between the measured value measured while the receiver is stationary and the predicted value is greater than the threshold It calculates its own position without using signals from
また、衛星から受信器までの距離を算出して、一部の衛星について算出された距離を使用せずに当該受信機の位置を算出する航法衛星受信機が知られている(特許文献2)。この航法衛星受信機では、衛星から受信器まで予測した距離を近似距離とし、衛星から信号を送信した送信時刻と当該信号を受信した受信機での時刻との時間差に基づき衛星から受信器まで算出した距離を疑似距離として求める。これら疑似距離と近似距離との差(以下、疑似距離残差という。)が閾値を越える衛星に対する近似距離及び疑似距離を使用せずに、当該受信機の位置が算出される。 Also, there is known a navigation satellite receiver that calculates the distance from a satellite to a receiver and calculates the position of the receiver without using the distances calculated for some satellites (Patent Document 2). . In this navigation satellite receiver, the estimated distance from the satellite to the receiver is used as an approximate distance, and the distance from the satellite to the receiver is calculated based on the time difference between the time when the signal was sent from the satellite and the time when the signal was received by the receiver. The resulting distance is obtained as a pseudo distance. The position of the receiver is calculated without using the approximate and pseudoranges for satellites whose difference between these pseudoranges and approximate ranges (hereinafter referred to as pseudorange residuals) exceeds a threshold.
しかしながら、複数の衛星からの信号を受信して自己の位置を算出する場合には、建物等から反射した信号と衛星からの直接信号とが混在するマルチパスの影響を受ける。上記特許文献1では、ドップラー周波数の測定値と予測値との差が閾値以上となった場合には、マルチパスの影響を受けていると判断し、当該衛星からの信号を使用せずに自己の位置を計算する。このとき、移動体の速度に応じて、閾値を設定する手法が提案されている。しかし、移動体の速度とマルチパス環境かどうかは無関係であるため、当該手法では、マルチパスの影響によるドップラー周波数の予測誤差を考慮した適切な閾値を設定することは困難である。例えば、閾値を大きくし過ぎると、マルチパス誤差の大きな衛星を除外できず、閾値が小さ過ぎると、マルチパスの影響を受けていない衛星を除外してしまう可能性がある。 However, when receiving signals from a plurality of satellites and calculating its own position, it is affected by multipaths in which signals reflected from buildings and the like and direct signals from the satellites coexist. In Patent Document 1, when the difference between the measured value and the predicted value of the Doppler frequency is equal to or greater than a threshold, it is determined that the signal is affected by multipath, and the signal from the satellite is not used. Calculate the position of At this time, a method of setting a threshold according to the speed of the moving object has been proposed. However, since the speed of the mobile object is irrelevant to whether or not there is a multipath environment, it is difficult for this method to set an appropriate threshold that takes into account the Doppler frequency prediction error due to the influence of multipath. For example, if the threshold is too large, satellites with large multipath errors cannot be excluded, and if the threshold is too small, satellites not affected by multipath may be excluded.
また、上記特許文献2では、マルチパスの影響を考慮して受信機の位置を算出することが記載されている。しかし、求めた疑似距離残差に大きな誤差が有る場合、マルチパスの影響を受けた誤差であるか否かの判断が困難であるため、適切な閾値の設定が困難である。 Moreover, the above-mentioned Patent Document 2 describes that the position of the receiver is calculated in consideration of the influence of multipath. However, when there is a large error in the obtained pseudorange residual, it is difficult to determine whether or not the error is affected by multipath, so it is difficult to set an appropriate threshold.
ここで、疑似距離には、受信機位置の推定誤差及び受信機時刻ずれの推定誤差により生じる距離誤差が含まれる。受信機時刻ずれの推定誤差を抑制するには、疑似距離残差をそのまま用いるのではなく、最も仰角が高い衛星の疑似距離残差を基準値とし、疑似距離残差の基準値と各衛星の疑似距離残差との差(疑似距離残差の差)に基づき、マルチパスの影響を受けた疑似距離の誤差の大きな衛星を判別することが考えられる。受信機時刻ズレの誤差は各衛星に共通であるため、受信機時刻ずれの誤差の影響を除外することができる。 Here, the pseudorange includes a distance error caused by an estimation error of the receiver position and an estimation error of the receiver time shift. In order to suppress the estimation error of the receiver time lag, instead of using the pseudorange residual as it is, the pseudorange residual of the satellite with the highest elevation angle is used as the reference value, and the reference value of the pseudorange residual and each satellite Based on the difference from the pseudorange residual (difference of pseudorange residual), it is conceivable to discriminate a satellite with a large pseudorange error affected by multipath. Since the receiver time lag error is common to each satellite, the influence of the receiver time lag error can be excluded.
一方、受信機位置の推定誤差は、各衛星との疑似距離残差の算出精度に与える影響が共通ではない。例えば、最も仰角が高い衛星に近づく方向に位置誤差が生じた場合、最も仰角が高い衛星との疑似距離残差は小さくなるのに対して、その他の衛星との疑似距離残差は大きくなる可能性がある。このため、位置推定の精度の影響を小さくすることは困難である。 On the other hand, the estimation error of the receiver position does not have the same effect on the calculation accuracy of the pseudorange residual for each satellite. For example, if a position error occurs in the direction of approaching the satellite with the highest elevation angle, the pseudorange residual with the highest elevation satellite will be small, while the pseudorange residual with other satellites can be large. have a nature. Therefore, it is difficult to reduce the influence of position estimation accuracy.
本発明は、上記事実を考慮してなされたもので、移動体の地球上の位置及び速度の少なくとも一方を求める場合に精度よく計算可能な衛星を選択することができる衛星選択装置及びプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above facts, and provides a satellite selection device and program capable of selecting satellites capable of accurate calculation when obtaining at least one of the position and velocity of a mobile object on the earth. intended to
上記目的を達成するために、本開示の第1態様は、移動体に設置された複数の衛星アンテナの設置箇所とは異なる前記移動体における測位対象箇所の地球上の位置を計算する測位装置で使用する衛星を選択する衛星選択装置であって、複数の衛星の各々から送信された前記複数の衛星の各々の位置に関する情報、及び前記複数の衛星の各々と前記移動体との間の距離に関する情報を含む衛星情報を取得する衛星情報取得部と、前記衛星情報取得部で取得された前記衛星情報に基づいて、前記複数の衛星アンテナの各々の設置箇所で観測された、前記複数の衛星の各々と、前記複数の衛星アンテナの各々との間の距離を示す観測疑似距離情報を導出する観測疑似距離導出部と、前記複数の衛星アンテナの各々の設置箇所と前記測位対象箇所との予め定めた位置関係と、前記衛星情報取得部で取得された前記衛星情報とに基づいて、前記複数の衛星の各々と、算出される前記測位対象箇所からの各位置による前記複数の衛星アンテナの各々との間の距離を示す推定疑似距離情報を推定する推定疑似距離算出部と、前記複数の衛星の各々について、前記複数の衛星アンテナの衛星アンテナ毎に、前記観測疑似距離導出部で導出された前記観測疑似距離情報と、前記推定疑似距離算出部で推定された前記推定疑似距離情報との残差を導出する残差導出部と、前記残差導出部で導出された前記複数の衛星アンテナの各々の前記残差の差分に基づいて、前記使用する衛星から除外する衛星を選択する衛星選択部と、を含む衛星選択装置である。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present disclosure is a positioning device that calculates the position on the earth of a location to be positioned on a mobile body that is different from installation locations of a plurality of satellite antennas installed on the mobile body. A satellite selection device for selecting a satellite to be used, comprising information on the position of each of the plurality of satellites transmitted from each of the plurality of satellites and information on the distance between each of the plurality of satellites and the mobile object a satellite information acquisition unit that acquires satellite information including information; and information on the plurality of satellites observed at each installation location of the plurality of satellite antennas based on the satellite information acquired by the satellite information acquisition unit. an observation pseudo-range deriving unit that derives observation pseudo-range information indicating a distance between each of the plurality of satellite antennas and each of the plurality of satellite antennas; each of the plurality of satellites and each of the plurality of satellite antennas according to each position from the position to be measured calculated based on the positional relationship obtained by the satellite information acquisition unit and the satellite information acquired by the satellite information acquisition unit; an estimated pseudorange calculation unit for estimating estimated pseudorange information indicating the distance between the a residual derivation unit for deriving a residual between the observed pseudorange information and the estimated pseudorange information estimated by the estimated pseudorange calculation unit; and each of the plurality of satellite antennas derived by the residual derivation unit. a satellite selection unit that selects a satellite to be excluded from the satellites to be used based on the residual difference of the satellite selection device.
本開示の第2態様は、第1態様の衛星選択装置において、前記衛星選択部は、予め定めた閾値以上の前記残差の差分に対応する衛星を、前記使用する衛星から除外する。 A second aspect of the present disclosure is the satellite selection device according to the first aspect, wherein the satellite selection unit excludes satellites corresponding to residual differences equal to or greater than a predetermined threshold from the satellites to be used.
本開示の第3態様は、第1態様又は第2態様の衛星選択装置において、前記複数の衛星アンテナの各々の受信機の時刻誤差の各々の信頼度を判定する信頼度判定部をさらに含み、前記衛星選択部は、前記信頼度判定部により前記信頼度が高いと判定された場合のみ、前記複数の衛星アンテナの各々の残差の差分に基づいて、前記使用する衛星から除外する衛星を選択する。 A third aspect of the present disclosure, in the satellite selection device of the first aspect or the second aspect, further includes a reliability determination unit that determines the reliability of each time error of each receiver of the plurality of satellite antennas, The satellite selection unit selects a satellite to be excluded from the satellites to be used based on the residual difference of each of the plurality of satellite antennas only when the reliability determination unit determines that the reliability is high. do.
本開示の第4態様は、第3態様の衛星選択装置において、前記信頼度判定部は、予め定めた所定数の異なる複数の衛星について、前記残差導出部で導出された残差のうち何れか1つの衛星アンテナの残差が、他の衛星アンテナの残差に対して閾値以内の場合に前記受信機の時刻誤差の信頼度が高いと判定する。 A fourth aspect of the present disclosure is the satellite selection device according to the third aspect, wherein the reliability determination unit determines which of the residuals derived by the residual derivation unit for a predetermined number of different satellites. or when the residual of one satellite antenna is within a threshold with respect to the residual of the other satellite antennas, it is determined that the reliability of the time error of the receiver is high.
本開示の第5態様は、移動体に設置された複数の衛星アンテナの設置箇所とは異なる前記移動体における測位対象箇所の地球上の速度を計算する速度測定装置で使用する衛星を選択する衛星選択装置であって、複数の衛星の各々から送信された前記複数の衛星の各々の位置に関する情報、及び前記複数の衛星の各々と前記移動体との間の相対速度に関する情報を含む衛星情報を取得する衛星情報取得部と、前記衛星情報取得部で取得された前記衛星情報に基づいて、前記複数の衛星アンテナの各々の設置箇所で観測された、前記複数の衛星の各々と、前記複数の衛星アンテナの各々との間の相対速度を示す観測ドップラー周波数情報を導出する観測ドップラー周波数導出部と、前記複数の衛星アンテナの各々の設置箇所と前記測位対象箇所との速度関係と、前記衛星情報取得部で取得された前記衛星情報とに基づいて、前記複数の衛星の各々と、前記複数の衛星アンテナの各々との間の相対速度を示す推定ドップラー周波数情報を推定する推定ドップラー周波数算出部と、前記複数の衛星の各々について、前記複数の衛星アンテナの衛星アンテナ毎に、前記観測ドップラー周波数導出部で導出された前記観測ドップラー周波数情報と、前記推定ドップラー周波数算出部で推定された前記推定ドップラー周波数情報との残差を導出する残差導出部と、前記複数の衛星の各々における前記残差導出部で導出された前記複数の衛星アンテナの各々の前記残差の差分に基づいて、複数の衛星から使用する衛星を選択する衛星選択部と、を含む衛星選択装置である。 A fifth aspect of the present disclosure is a satellite that selects a satellite to be used in a speed measuring device that calculates the speed on the earth of a positioning target location on a mobile object that is different from installation locations of a plurality of satellite antennas installed on the mobile object. A selection device for selecting satellite information including information on the position of each of the plurality of satellites transmitted from each of the plurality of satellites and information on the relative velocity between each of the plurality of satellites and the mobile body a satellite information acquisition unit that acquires; each of the plurality of satellites and the plurality of satellites observed at installation locations of each of the plurality of satellite antennas based on the satellite information acquired by the satellite information acquisition unit; an observed Doppler frequency derivation unit for deriving observed Doppler frequency information indicating relative velocities with respect to each of the satellite antennas; a velocity relationship between the installation location of each of the plurality of satellite antennas and the positioning target location; and the satellite information an estimated Doppler frequency calculator for estimating estimated Doppler frequency information indicating relative velocities between each of the plurality of satellites and each of the plurality of satellite antennas based on the satellite information obtained by the obtaining unit; , the observed Doppler frequency information derived by the observed Doppler frequency derivation unit and the estimated Doppler frequency estimated by the estimated Doppler frequency calculation unit for each of the plurality of satellite antennas for each of the plurality of satellites a residual derivation unit for deriving a residual with respect to frequency information; and a satellite selection unit for selecting a satellite to be used from the satellites.
本開示の第6態様は、第5態様の衛星選択装置において、前記衛星選択部は、予め定めた閾値以上の前記残差の差分に対応する衛星を、前記使用する衛星から除外する。 A sixth aspect of the present disclosure is the satellite selection device according to the fifth aspect, wherein the satellite selection unit excludes satellites corresponding to residual differences equal to or greater than a predetermined threshold from the satellites to be used.
本開示の第7態様は、第5態様又は第6態様の衛星選択装置において、前記複数の衛星アンテナの各々の受信機の時刻誤差の変化量の各々の信頼度を判定する信頼度判定部をさらに含み、前記衛星選択部は、前記信頼度判定部により前記信頼度が高いと判定された場合のみ、前記複数の衛星アンテナの各々の残差の差分に基づいて、前記使用する衛星から除外する衛星を選択する。 A seventh aspect of the present disclosure is the satellite selection device of the fifth aspect or the sixth aspect, comprising The satellite selection unit further includes, only when the reliability determination unit determines that the reliability is high, based on the residual difference of each of the plurality of satellite antennas, the satellite selection unit excludes from the satellites to be used Choose a satellite.
本開示の第8態様は、第7態様の衛星選択装置において、前記信頼度判定部は、予め定めた所定数の異なる衛星について、前記残差導出部で導出された残差のうち、前記複数の衛星アンテナの何れか1つの衛星アンテナの残差が、他の衛星アンテナの残差に対して閾値以内の場合に、前記受信機の時刻誤差の変化量の信頼度が高いと判定する。 An eighth aspect of the present disclosure is the satellite selection device according to the seventh aspect, wherein the reliability determination unit selects the plurality of residuals derived by the residual derivation unit for a predetermined number of different satellites. If the residual error of any one of the satellite antennas is within a threshold with respect to the residual errors of the other satellite antennas, it is determined that the reliability of the amount of change in the time error of the receiver is high.
本開示の第9態様は、移動体に設置された複数の衛星アンテナの設置箇所とは異なる前記移動体における測位対象箇所の地球上の位置を計算する測位装置で使用する衛星を選択するためのプログラムであって、コンピュータを、複数の衛星の各々から送信された前記複数の衛星の各々の位置に関する情報、及び前記複数の衛星の各々と前記移動体との間の距離に関する情報を含む衛星情報を取得する衛星情報取得部、前記衛星情報取得部で取得された前記衛星情報に基づいて、前記複数の衛星アンテナの各々の設置箇所で観測された、前記複数の衛星の各々と、前記複数の衛星アンテナの各々との間の距離を示す観測疑似距離情報を導出する観測疑似距離導出部、前記複数の衛星アンテナの各々の設置箇所と前記測位対象箇所との予め定めた位置関係と、前記衛星情報取得部で取得された前記衛星情報とに基づいて、前記複数の衛星の各々と、算出される前記測位対象箇所からの各位置による前記複数の衛星アンテナの各々との間の距離を示す推定疑似距離情報を推定する推定疑似距離算出部、前記複数の衛星の各々について、前記複数の衛星アンテナの衛星アンテナ毎に、前記観測疑似距離導出部で導出された前記観測疑似距離情報と、前記推定疑似距離算出部で推定された前記推定疑似距離情報との残差を導出する残差導出部、および、前記残差導出部で導出された前記複数の衛星アンテナの各々の前記残差の差分に基づいて、前記使用する衛星から除外する衛星を選択する衛星選択部、として機能させるためのプログラムである。 A ninth aspect of the present disclosure is for selecting a satellite to be used in a positioning device that calculates the position on the earth of a positioning target location on a mobile object that is different from installation locations of a plurality of satellite antennas installed on the mobile object. satellite information including information on the position of each of the plurality of satellites transmitted from each of the plurality of satellites and information on the distance between each of the plurality of satellites and the mobile body each of the plurality of satellites and the plurality of satellites observed at installation locations of each of the plurality of satellite antennas based on the satellite information acquired by the satellite information acquisition section; an observation pseudo-range derivation unit for deriving observation pseudo-range information indicating a distance to each of the satellite antennas; a predetermined positional relationship between each installation location of the plurality of satellite antennas and the positioning target location; estimating a distance between each of the plurality of satellites and each of the plurality of satellite antennas according to each position from the location to be measured calculated based on the satellite information acquired by the information acquisition unit; an estimated pseudorange calculation unit for estimating pseudorange information; for each of the plurality of satellites, for each satellite antenna of the plurality of satellite antennas, the observed pseudorange information derived by the observed pseudorange derivation unit; a residual derivation unit for deriving a residual from the estimated pseudorange information estimated by the pseudorange calculation unit; and a difference in the residual of each of the plurality of satellite antennas derived by the residual derivation unit. Based on this, the program functions as a satellite selection unit that selects satellites to be excluded from the satellites to be used.
本開示の第10態様は、移動体に設置された複数の衛星アンテナの設置箇所とは異なる前記移動体における測位対象箇所の地球上の速度を計算する速度測定装置で使用する衛星を選択するためのプログラムであって、コンピュータを、複数の衛星の各々から送信された前記複数の衛星の各々の位置に関する情報、及び前記複数の衛星の各々と前記移動体との間の相対速度に関する情報を含む衛星情報を取得する衛星情報取得部、前記衛星情報取得部で取得された前記衛星情報に基づいて、前記複数の衛星アンテナの各々の設置箇所で観測された、前記複数の衛星の各々と、前記複数の衛星アンテナの各々との間の相対速度を示す観測ドップラー周波数情報を導出する観測ドップラー周波数導出部、前記複数の衛星アンテナの各々の設置箇所と前記測位対象箇所との速度関係と、前記衛星情報取得部で取得された前記衛星情報とに基づいて、前記複数の衛星の各々と、前記複数の衛星アンテナの各々との間の相対速度を示す推定ドップラー周波数情報を推定する推定ドップラー周波数算出部、前記複数の衛星の各々について、前記複数の衛星アンテナの衛星アンテナ毎に、前記観測ドップラー周波数導出部で導出された前記観測ドップラー周波数情報と、前記推定ドップラー周波数算出部で推定された前記推定ドップラー周波数情報との残差を導出する残差導出部、および、前記複数の衛星の各々における前記残差導出部で導出された前記複数の衛星アンテナの各々の前記残差の差分に基づいて、複数の衛星から使用する衛星を選択する衛星選択部、として機能させるためのプログラムである。 A tenth aspect of the present disclosure is for selecting a satellite to be used in a speed measuring device that calculates the speed on the earth of a positioning target location on a mobile object that is different from installation locations of a plurality of satellite antennas installed on the mobile object. comprising information on the position of each of the plurality of satellites transmitted from each of the plurality of satellites and information on the relative velocity between each of the plurality of satellites and the mobile body a satellite information acquisition unit that acquires satellite information; each of the plurality of satellites observed at each of the plurality of satellite antennas based on the satellite information acquired by the satellite information acquisition unit; Observation Doppler frequency deriving unit for deriving observation Doppler frequency information indicating relative velocity between each of the plurality of satellite antennas, velocity relationship between installation location of each of the plurality of satellite antennas and the positioning target location, and the satellite an estimated Doppler frequency calculator for estimating estimated Doppler frequency information indicating relative velocities between each of the plurality of satellites and each of the plurality of satellite antennas based on the satellite information obtained by the information obtaining unit; , the observed Doppler frequency information derived by the observed Doppler frequency derivation unit and the estimated Doppler frequency estimated by the estimated Doppler frequency calculation unit for each of the plurality of satellite antennas for each of the plurality of satellites a residual derivation unit for deriving a residual from frequency information; This is a program for functioning as a satellite selection unit that selects a satellite to be used from among the satellites of the
なお、本開示のプログラムを記憶する記憶媒体は、特に限定されず、ハードディスクであってもよいし、ROMであってもよい。また、CD-ROMやDVDディスク、光磁気ディスクやICカードであってもよい。更にまた、該プログラムを、ネットワークに接続されたサーバ等からダウンロードするようにしてもよい。 Note that the storage medium that stores the program of the present disclosure is not particularly limited, and may be a hard disk or a ROM. Also, it may be a CD-ROM, a DVD disk, a magneto-optical disk, or an IC card. Furthermore, the program may be downloaded from a server or the like connected to a network.
本開示によれば、移動体の地球上の位置及び速度の少なくとも一方を求める場合に精度よく計算可能な衛星を選択することができる、という効果が得られる。 Advantageous Effects of Invention According to the present disclosure, it is possible to obtain the effect of being able to select a satellite capable of accurate calculation when obtaining at least one of the position and velocity of a mobile object on the earth.
以下、図面を参照して本開示の技術を実現する実施形態を詳細に説明する。なお、本実施形態では、車両に搭載され、GPS衛星から発信されたGPS情報を取得して測位を行う測位装置に、本開示の技術を適用した場合を一例として説明する。 Hereinafter, embodiments for implementing the technology of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where the technology of the present disclosure is applied to a positioning device that is mounted on a vehicle and performs positioning by acquiring GPS information transmitted from GPS satellites will be described as an example.
<本実施形態の概要>
複数のGNSSアンテナを用いて測位を行う場合、測位対象箇所と、観測値が得られるGNSSアンテナ設置箇所とは一致せず、GNSSアンテナ設置箇所でマルチパス誤差の影響を受けると、マルチパス誤差の影響を受けた衛星からの衛星情報により算出される位置、および速度の精度はマルチパス誤差の影響を受けないものより低精度になる。
<Overview of this embodiment>
When positioning is performed using multiple GNSS antennas, the positioning target location and the GNSS antenna installation location where observation values are obtained do not match. Positions and velocities calculated with satellite information from the affected satellites are less accurate than those not affected by multipath errors.
本実施形態では、測位対象箇所と各GNSSアンテナ設置箇所との位置関係や速度関係を適切に考慮して、マルチパス誤差の影響を受けた衛星を事前に除外することで、誤差の少ない衛星からの衛星情報のみを用いて、高精度に、測位対象箇所の位置、および速度の算出が可能となる。 In this embodiment, by appropriately considering the positional relationship and speed relationship between the positioning target location and each GNSS antenna installation location, and excluding satellites affected by multipath errors in advance, Using only the satellite information, it is possible to calculate the position and velocity of the location to be positioned with high accuracy.
<第1の実施形態>
図1に、第1の実施形態に係る測位装置の構成の一例を示す。
図1に示すように、第1の実施形態に係る測位装置10は、GPS衛星からの電波を受信するための複数のGPSアンテナ12A、12Bと、複数のGPSアンテナ12A、12BによってGPS衛星からの受信信号を取得する複数の受信機14A、14Bと、姿勢角センサ16と、複数の受信機14A、14Bによって受信されたGPS衛星からの受信信号、及び姿勢角センサ16の検出値に基づいて、使用するGPS衛星を選択する衛星選択装置18と、自車両の位置を推定する測位処理を実行する位置導出部40とを備えている。衛星選択装置18は、測位対象箇所の位置を導出するために用いるGPS衛星を選択する衛星選択処理を実行するコンピュータ30と、出力部20とを備えている。
<First Embodiment>
FIG. 1 shows an example of the configuration of the positioning device according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, a
図2に、複数のGPSアンテナ12A、12Bの設置個所の一例を示す。
複数のGPSアンテナ12A、12Bは、例えば、図2に示すように、自車両50の車室内に設置されており、測位対象箇所とは異なる箇所に設置されている。本実施形態では、測位対象箇所を車両中心とし、2台のGPSアンテナ12A、12B、および受信機14A、14Bを、それぞれ図1に示す位置に設置した場合の一例を考える。ここで、それぞれのGPSアンテナ12A、12Bの、測位対象箇所(車両中心)からの距離については、人手により測定することで、正確に把握できているものとする。
FIG. 2 shows an example of installation locations of the plurality of
For example, as shown in FIG. 2, the plurality of
受信機14A、14Bは、GPSアンテナ12A、12B毎に設けられており、受信機14A、14Bは、GPSアンテナ12A、12Bを介して複数のGPS衛星からの電波を受信して、受信した全てのGPS衛星からの受信信号から、GPS衛星の情報として、GPS衛星の衛星番号、GPS衛星の軌道情報(エフェメリス)、GPS衛星が電波を送信した時刻、受信信号の強度、周波数などを取得し、コンピュータ30に出力する。
姿勢角センサ16は、一例として、地磁気センサであり、地磁気を検出する。
The
The
衛星選択装置18におけるコンピュータ30は、CPU、後述する処理を実現するためのプログラムを記憶したROM、データを一時的に記憶するRAM、及びHDD等の記憶装置で構成されている。
The
コンピュータ30を機能ブロックで表すと、図1に示すように、衛星情報取得部31、アンテナ位置・受信機時刻誤差算出部32、推定疑似距離算出部34、疑似距離残差算出部35、及び除外衛星判別部37を備えている。第1実施形態に係る衛星情報取得部31は、本開示の衛星情報取得部及び観測疑似距離導出部の一例である。推定疑似距離算出部34は、本開示の推定疑似距離導出部の一例である。疑似距離残差算出部35は、本開示の残差導出部の一例である。除外衛星判別部37は、本開示の衛星選択部の一例である。
If the
衛星情報取得部31は、電波を受信した全てのGPS衛星について、GPS衛星の情報を取得すると共に、GPS疑似距離データ、ドップラー周波数、及びGPS衛星の位置座標を算出して取得する。具体的には、衛星情報取得部31は、各受信機14A、14Bから、電波を受信した全てのGPS衛星について、GPS衛星の情報を取得すると共に、GPS衛星が電波を送信した時刻及び自車両で電波を受信した時刻に基づいて、GPS疑似距離データを算出する。また、衛星情報取得部31は、各GPS衛星から送信される信号の既知の周波数と、各GPS衛星から受信した受信信号の周波数とに基づいて、各GPS衛星からの受信信号のドップラー周波数を各々算出する。なお、ドップラー周波数は、GPS衛星と自車両との相対速度による、搬送波周波数のドップラーシフト量を観測したものである。また、衛星情報取得部31は、GPS衛星の軌道情報及びGPS衛星が電波を送信した時刻に基づいて、GPS衛星の位置座標を各々算出する。
The satellite
アンテナ位置・受信機時刻誤差算出部32は、自車両の姿勢角に基づき計算されるGPSアンテナ12A、12Bの各々の地球上における設置箇所と測位対象箇所との位置関係、及び取得した衛星情報を用いて定まる測位対象箇所の位置に基づいて、GPSアンテナ12A、12Bの各々の位置、及び受信機14A、14Bの時刻誤差を計算する。
The antenna position/receiver time
具体的には、アンテナ位置・受信機時刻誤差算出部32は、第1工程として、姿勢角センサ16の検出値から自車両の姿勢角を算出する。本実施形態では、自車両の姿勢角として、姿勢角センサ16の検出値を用いることにより、当該時刻の自車両の姿勢角が算出される。なお、本実施形態では、姿勢角センサ16として地磁気センサを用いて自車両の姿勢角を算出する場合を例に説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、ドップラー周波数に基づいて算出される車両の速度ベクトルや、6軸ジャイロセンサから検出される車両の加速度及び角速度などを用いて、自車両の姿勢角を算出してもよい。
Specifically, the antenna position/receiver
図3に、ある時刻における自車両50の姿勢角の一例を示す。図3(A)は路面に対する真上からの自車両50の姿勢角を示し、図3(B)は路面に対する真横からの自車両50の姿勢角を示している。以降では、図3に示すように、ある時刻における自車両50の姿勢角が、ヨー角=θ(真北をゼロとして時計回りを正)、ピッチ角=α、ロール角=ゼロであったとする。
FIG. 3 shows an example of the attitude angle of the
次に、アンテナ位置・受信機時刻誤差算出部32は、第2工程として、算出された自車両の姿勢角に基づいて、GPSアンテナ12A、12Bの各々について、地球上におけるGPSアンテナの設置箇所と、測位対象箇所との位置関係を計算する。具体的には、まず、アンテナ位置・受信機時刻誤差算出部32は、予め求められた、地球上における各GPSアンテナ12A、12Bの設置箇所と、測位対象箇所との間の距離と、各GPSアンテナ12A、12Bの設置箇所の角度と、検出された自車両の姿勢角とに基づいて、測位対象箇所(車両中心)と各GPSアンテナの設置箇所との、地球上における絶対位置の関係を算出する。具体的には、以下の手順で算出する。なお、ここでは、GPSアンテナ12Aを対象とした場合について説明する。
Next, as a second step, the antenna position/receiver time
(手順1) 以下に示す式(1)により、ENU(East-North-Up)座標系における位置関係を算出する。
図4に、測位対象箇所(車両中心)とGPSアンテナ12Aの設置箇所との位置関係の一例を示す、図4(A)は路面に対して真上から見た位置関係を示し、図4(B)は路面に対して真横から見た位置関係を示し、図4(C)は地表面(EN座標面)に投影された位置関係を示す。
(Procedure 1) The positional relationship in the ENU (East-North-Up) coordinate system is calculated by the following formula (1).
FIG. 4 shows an example of the positional relationship between the location to be positioned (vehicle center) and the installation location of the
(1)
(1)
(手順2) 以下に示す式(2)により、ENU座標系からECEF(Earth-Centered Earth-Fixed)座標系に変換することにより、地球上における絶対位置の関係を算出する。同様に、GPSアンテナ12Bの設置箇所についても、測位対象箇所との位置関係を算出する。以降では、このようにして得られた位置関係の算出結果を、「GPSアンテナ12Aの設置箇所=FA(測位対象箇所)」のように表記する。
(Procedure 2) By converting from the ENU coordinate system to the ECEF (Earth-Centered Earth-Fixed) coordinate system according to the following equation (2), the relationship of the absolute position on the earth is calculated. Similarly, the positional relationship with the location to be measured is calculated for the location where the
(2)
(2)
ここで、
here,
また、αは地球の長半径[m]であり、fは扁平率である。 Also, α is the major axis [m] of the earth, and f is the oblateness.
そして、アンテナ位置・受信機時刻誤差算出部32は、第3工程として、計算された位置関係と、取得した衛星情報とを用いて、地球上における測位対象箇所の位置、および、各受信機の時刻誤差を計算する。具体的には、アンテナ位置・受信機時刻誤差算出部32は、測位対象箇所の位置、及び複数のGPSアンテナ12A、12Bの各々の時刻誤差を未知数とし、測位対象箇所の位置、及び測位対象箇所(車両中心)と各アンテナ設置箇所との、地球上における絶対位置の関係を用いて、複数のGPSアンテナ12A、12Bの設置箇所の位置を記述した方程式と、複数のGPSアンテナ12A、12Bの各々により、複数のGPSアンテナ12A、12Bの各々の設置箇所で観測された疑似距離とに基づいて、測位対象箇所の位置、および、各受信機の時刻誤差を算出する。この疑似距離は、上記GPS疑似距離データによるGPS衛星とGPSアンテナとの間の距離である。
Then, as a third step, the antenna position/receiver time
より具体的には、測位対象箇所のECEF座標系における3次元位置ベクトル(x, y, z)、および、2台の受信機14A、14Bの時刻誤差(以降、クロックバイアスとも表記)の合計5個を未知数とし、各GPSアンテナ12A、12Bの設置箇所のECEF座標系における3次元位置ベクトルをFA(x, y, z)、およびFB(x, y, z)とした上で、従来(1台のGPSアンテナによる測位)と同様、各GPSアンテナ12A、12B毎及び衛星毎に式(3)を立式することにより(ここでは、GPSアンテナ12Aについてのみ記載。GPSアンテナ12Bについても同様)、GPSアンテナ12A、12Bの合計5個以上の衛星による観測結果を用いて、測位対象箇所の位置(x, y, z)を算出する。また、受信機14A、14Bの各々の時刻誤差も算出する。なお、設置されたGPSアンテナがN個である場合には、合計(N+3)個以上の衛星による観測結果を用いて、測位対象箇所の位置(x, y, z)を算出する。
More specifically, the total 5 of the three-dimensional position vector (x, y, z) in the ECEF coordinate system of the positioning target location and the time error (hereinafter also referred to as clock bias) of the two
・・・(3)
... (3)
ここで、GPSアンテナ12Aの位置は以下の式で表される。
Here, the position of the
また、(x,y,z)は測位対象箇所の位置であり、CbAは、GPSアンテナ12Aの受信機14Aのクロックバイアス[m](光速をかけて距離に換算したもの)である。また、PRiは、衛星iについて観測された疑似距離[m]であり、(Xsi,Ysi,Zsi)は、衛星iの位置である。
Also, (x, y, z) is the position of the location to be positioned, and Cb A is the clock bias [m] of the
このように、測位対象箇所とアンテナ設置箇所との位置関係を適切に考慮することにより、測位対象箇所とは異なる位置で観測された疑似距離を用いても、高精度に、測位対象箇所の位置を算出することが可能となる。 In this way, by appropriately considering the positional relationship between the positioning target location and the antenna installation location, the position of the positioning target location can be determined with high accuracy even when using pseudoranges observed at a location different from the positioning target location. can be calculated.
次に、アンテナ位置・受信機時刻誤差算出部32は、第4工程として、上述のようにして求めたGPSアンテナの設置箇所と測位対象箇所との位置関係、及び測位対象箇所の位置を用いて、GPSアンテナ12A、12Bの各々の位置を導出する。すなわち、第2工程で算出されたGPSアンテナ12A、12Bの各々の設置箇所と測位対象箇所との位置関係に、第3工程で算出された地球上における測位対象箇所の位置を適用することで、GPSアンテナ12A、12Bの各々の位置を導出する。
Next, as a fourth step, the antenna position/receiver time
推定疑似距離算出部34は、電波を受信した全てのGPS衛星のうち、GPSアンテナ12A、12Bで共通に電波を受信した全てのGPS衛星の各々について、GPSアンテナ12A、12B毎に、推定される疑似距離(以下、推定疑似距離という。)を算出する。具体的には、アンテナ位置・受信機時刻誤差算出部32で導出されたGPSアンテナ12A、12Bの各々の位置、および受信機14A、14Bの各々の時刻誤差を、式(3)に代入することにより、GPSアンテナ12A、12B毎に推定疑似距離を算出する。
The estimated
疑似距離残差算出部35は、GPSアンテナ12A、12B毎に、観測された疑似距離(以下、観測疑似距離という。)と、推定された推定疑似距離との差分(以下、疑似距離の残差という。)を算出する。具体的には、電波を受信した全てのGPS衛星のうち、GPSアンテナ12A、12Bで共通に電波を受信した全てのGPS衛星の各々について、GPSアンテナ12A、12B毎に、式(4)により、疑似距離の残差を算出する。
(疑似距離の残差)=|(観測疑似距離)-(推定疑似距離)| ・・・(4)
The pseudorange
(residual error of pseudorange) = | (observed pseudorange) - (estimated pseudorange) | (4)
除外衛星判別部37は、疑似距離残差算出部35で算出された全GPS衛星各々のGPSアンテナ12A、12Bの疑似距離残差の差に基づいて、自車両の位置を推定する際に使用するGPS衛星とから除外する除外対象のGPS衛星を判別する。具体的には、除外衛星判別部37は、GPSアンテナ12A、12Bで共通に電波を受信した全てのGPS衛星の各々について、疑似距離残差算出部35で算出された、GPSアンテナ12Aの疑似距離残差と、GPSアンテナ12Bの疑似距離残差との差分(以下、疑似距離残差の差という。)を計算する。そして、GPS衛星毎に計算された疑似距離残差の差の絶対値が閾値以上となるGPSアンテナのGPS衛星を、共通に電波を受信した全てのGPS衛星から除外する除外対象のGPS衛星として判別する。このようにして、測位対象箇所と各GNSSアンテナ設置箇所との位置関係や速度関係を適切に考慮して、マルチパス誤差の影響を受けた衛星を事前に除外することが可能となる。
The excluded
位置導出部40は、GPS衛星の情報を用いて地球上における測位対象箇所の位置を導出する。具体的には、例えば、除外対象のGPS衛星を除くGPS衛星からの衛星情報を用いて、測位対象箇所の位置を算出する。なお、位置導出部40における測位対象箇所の位置の導出は、例えば、アンテナ位置・受信機時刻誤差算出部32における第1工程から第3工程による算出と同様の処理によって導出可能であるため、詳細な説明を省略する。
The
以上のようにして、測位対象箇所と各GNSSアンテナ設置箇所との位置関係や速度関係を適切に考慮して、マルチパス誤差の影響を受けた衛星を事前に除外することで、誤差の少ない衛星からの衛星情報のみを用いて、高精度に、測位対象箇所の位置、および速度の算出が可能となる。 As described above, by appropriately considering the positional relationship and velocity relationship between the positioning target location and each GNSS antenna installation location, and excluding satellites affected by multipath errors in advance, It is possible to calculate the position and speed of the location to be positioned with high accuracy using only the satellite information from.
次に、第1の実施形態に係る測位装置10の作用について説明する。
図5に、測位装置における衛星選択装置18のコンピュータにおける衛星選択処理ルーチンの内容の一例を示す。
Next, operation of the
FIG. 5 shows an example of the contents of the satellite selection processing routine in the computer of the
姿勢角センサ16によって地磁気を検出すると共に、GPSアンテナ12A、12B、受信機14A、14Bによって、複数のGPS衛星から電波を受信しているときに、衛星選択装置18のコンピュータ30において、図5に示す測位処理ルーチンが繰り返し実行される。
When the
ステップS100で、GPS受信機14A、14Bから複数のGPS衛星の情報を取得すると共に、複数のGPS衛星のGPS疑似距離データ、ドップラー周波数、GPS衛星の位置座標を算出して取得する。同一時刻に取得された複数のGPS衛星分のGPS情報を、GPS情報群として取得する。
In step S100, information of a plurality of GPS satellites is obtained from the
次に、ステップS102で、GPSアンテナ12A、12Bの各々の設置箇所の位置、及び受信機14A、14Bの時刻誤差を算出する。
Next, in step S102, the positions of the installation locations of the
具体的には、第1段階で、姿勢角センサ16からの検出値に基づいて、自車両の姿勢角を算出する。次に、第2段階で、予め求められた、地球上における各GPSアンテナ12A、12Bの設置箇所と、測位対象箇所との間の距離と、各GPSアンテナ12A、12Bの設置箇所の角度と、検出された自車両の姿勢角とに基づいて、測位対象箇所(車両中心)と各アンテナ設置箇所との、ECEF座標系における位置関係を算出する。そして、第3段階では、測位対象箇所の位置、及び複数のGPSアンテナ12A、12Bに対応する各々の受信機14A、14Bの時刻誤差を未知数とし、測位対象箇所の位置、及び測位対象箇所(車両中心)と各アンテナ設置箇所とのECEF座標系における位置関係を用いて、複数のGPSアンテナ12A、12Bの設置箇所の位置を記述した方程式と、複数のGPSアンテナ12A、12Bの各々により、複数のGPSアンテナ12A、12Bの各々の設置箇所で観測された疑似距離とに基づいて、測位対象箇所の位置を計算する。また、GPSアンテナ12A、12Bの各々の受信機14A、14Bの時刻誤差を計算する。次に、第4段階で、第2段階で算出されたGPSアンテナ12A、12Bの各々の設置箇所と測位対象箇所との位置関係に、第3段階で算出された地球上における測位対象箇所の位置を適用することで、GPSアンテナ12A、12Bの各々の位置を導出する。
Specifically, in the first step, the attitude angle of the own vehicle is calculated based on the detected value from the
そして、GPS情報群、GPSアンテナ12A、12Bの各々の位置、及びGPSアンテナ12A、12Bに対応する各々の受信機14A、14Bの時刻誤差に基づいて、共通に受信しているGPS衛星のうち、除外対象のGPS衛星を設定する。
Then, based on the GPS information group, the positions of the
具体的には、ステップS106で、GPS衛星からの電波を、複数のGPSアンテナ12A、12Bで共通に受信している全てのGPS衛星(例えばn個)のうち何れか1つのGPS衛星(i=1)を設定し、次のステップS108で、ステップS102において導出されたGPSアンテナ12A、12Bの各々の位置、および受信機14A、14Bの各々の時刻誤差を用いて、GPSアンテナ12A、12Bの各々の推定疑似距離を算出する。次にステップS110では、GPSアンテナ12A、12B毎に、観測された疑似距離である観測疑似距離からステップS112で算出された推定疑似距離を減算した絶対値を算出することで、疑似距離の残差を算出する(式(4)参照)。
Specifically, in step S106, any one GPS satellite (i = 1), and in the next step S108, using the position of each of the
次のステップS112では、該当するGPS衛星について算出されたGPSアンテナ12Aの疑似距離残差と、GPSアンテナ12Bの疑似距離残差との差分である疑似距離残差の差を計算する。そして、次のステップS114では、疑似距離残差の差の絶対値が閾値以上か否かを判断し、肯定判断の場合は、ステップS116で、現在設定されているGPSアンテナのGPS衛星を、共通に電波を受信した全てのGPS衛星から除外する除外対象のGPS衛星として設定し、出力部20により出力する。これによって、測位対象箇所と各GNSSアンテナ設置箇所との位置関係や速度関係を適切に考慮して、マルチパス誤差の影響を受けた衛星を事前に除外することが可能となる。
In the next step S112, the difference between the pseudorange residual of the
一方、ステップS114で否定判断の場合は、ステップS118へ処理を移行する。ステップS118では、上記処理を未実行のGPS衛星が残存するか否かを判別することで、全GPS衛星に対して上記処理が終了した(i≧n)かを判断する。上記処理を未実行のGPS衛星が残存する場合は、ステップS118で否定され、ステップS120で、次のGPS衛星(i=i+1)を設定した後に、上記ステップS108へ戻る。一方、全てのGPS衛星について上記処理の実行が終了した場合は、ステップS118で肯定され、上記ステップS100へ戻る。 On the other hand, if the determination in step S114 is negative, the process proceeds to step S118. In step S118, it is determined whether or not the above process has been completed for all GPS satellites (i≧n) by discriminating whether or not there are GPS satellites that have not been subjected to the above process. If there are GPS satellites that have not been subjected to the above process, the result in step S118 is NO, and after setting the next GPS satellite (i=i+1) in step S120, the process returns to step S108. On the other hand, if the above process has been completed for all GPS satellites, the determination in step S118 is affirmative, and the process returns to step S100.
本実施形態に係る測位装置10では、上記のようにして、除外対象のGPS衛星が選択されると、位置導出部40は、選択された除外対象のGPS衛星を除くGPS衛星からの衛星情報を用いて、測位対象箇所の位置を算出する。これによって、車両における複数のGPSアンテナの設置箇所とは異なる測位対象箇所について、マルチパス誤差の影響を受けたと推定されるGPS衛星を事前に除外することで、地球上の位置を精度よく計算することができる。
In the
以上説明したように、第1の実施形態に係る測位装置によれば、衛星選択装置18によって、測位対象箇所と各GPSアンテナ設置箇所との位置関係を適切に考慮して、マルチパス誤差の影響を受けたと推定されるGPS衛星を事前に除外することにより、車両における測位対象箇所について、地球上の位置を精度よく計算することができる。
As described above, according to the positioning device according to the first embodiment, the
また、測位対象箇所が、各GPSアンテナ設置箇所の重心ではない場合、あるいは、測位対象箇所と各GPSアンテナ設置箇所が離れている場合であっても、高精度に、測位対象箇所の位置の算出が可能である。 In addition, even if the positioning target point is not the center of gravity of each GPS antenna installation point, or even if the positioning target point and each GPS antenna installation point are far apart, the position of the positioning target point can be calculated with high accuracy. is possible.
<第2の実施形態>
次に、第2の実施形態について説明する。なお、第2の実施形態の測位装置について、第1の実施形態の測位装置10と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment will be described. In addition, regarding the positioning device of the second embodiment, the same components as those of the
第2の実施形態では、算出される受信機14A、14Bの時刻誤差の信頼度が高い場合にのみ、マルチパス誤差の影響を受けたと推定されるGPS衛星を事前に除外する点が、第1の実施形態と主に異なっている。
In the second embodiment, only when the reliability of the calculated time errors of the
図6に、第2の実施形態に係る測位装置の構成の一例を示す。
図6に示すように、第2の実施形態に係る測位装置210における衛星選択装置218のコンピュータ230は、衛星情報取得部31、アンテナ位置・受信機時刻誤差算出部32、推定疑似距離算出部34、疑似距離残差算出部35、受信機時刻誤差信頼度判定部232、および除外衛星判別部237を備えている。受信機時刻誤差信頼度判定部232は、本開示の信頼度判定部の一例である。
FIG. 6 shows an example of the configuration of a positioning device according to the second embodiment.
As shown in FIG. 6, the
受信機時刻誤差信頼度判定部232は、アンテナ位置・受信機時刻誤差算出部32によって算出された受信機の時刻誤差の信頼度を判定する。具体的には、GPSアンテナにおける疑似距離残差の変動に応じて受信機の時刻誤差の信頼度を判定すればよい。例えば、受信機の時刻誤差に誤りが生じた場合、全GPS衛星の各々の疑似距離残差に対して共通に影響する。このため、全GPS衛星についての疑似距離残差が一定以上大きくなっているということは、当該受信機の時刻誤差算出が誤っている可能性が高い、すなわち、信頼度が低いと考えられる。一方、全GPS衛星についての疑似距離残差が一定未満であることは、当該受信機の時刻誤差算出が誤っている可能性が低い、すなわち、信頼度が高いと考えられる。
The receiver time error
より具体的には、受信機時刻誤差信頼度判定部232は、疑似距離残差算出部35で算出された疑似距離残差を用いて、GPSアンテナ12A、12Bで共通に受信している全てのGPS衛星について、各GPSアンテナ毎に、疑似距離残差を算出する。次に、共通に受信している全てのGPS衛星について、一方のGPSアンテナの疑似距離残差が、他方のGPSアンテナの疑似距離残差より予め定めた閾値以上大きい場合は、疑似距離残差が大きい方のGPSアンテナに接続されている受信機の時刻誤差の信頼度が低いと判定する。これは、受信機の時刻誤差の算出の誤りは、共通に受信している全てのGPS衛星各々の疑似距離残差に対して共通に影響するため、全てのGPS衛星についての疑似距離残差が一定以上大きくなっているということは、当該受信機の時刻誤差算出が誤っている可能性が高いと考えられるためである。また、一方のGPSアンテナの疑似距離残差が、他方のGPSアンテナの疑似距離残差に対して閾値未満の場合は、当該GPSアンテナに接続されている受信機の時刻誤差の信頼度が高いと判定する。
More specifically, the receiver time error
除外衛星判別部237は、受信機時刻誤差信頼度判定部232によって判定された受信機の時刻誤差の信頼度に基づいて、疑似距離残差算出部35で算出された全GPS衛星各々のGPSアンテナ12A、12Bの疑似距離残差の差から自車両の位置を推定する際に使用するGPS衛星とから除外する除外対象のGPS衛星を判別する。
The excluded
具体的には、全てのGPS衛星についての疑似距離残差が閾値未満で、受信機時刻誤差信頼度判定部232によって受信機の時刻誤差の信頼度が高いと判定された場合には、上記第1の実施形態と同様に、全GPS衛星各々のGPSアンテナ12A、12Bの疑似距離残差の差に基づいて、除外対象のGPS衛星を判別する。
Specifically, when the pseudorange residuals for all GPS satellites are less than the threshold and the receiver time error
一方、全てのGPS衛星についての疑似距離残差が閾値以上で、受信機時刻誤差信頼度判定部232によって受信機の時刻誤差の信頼度が低いと判定された場合には、除外対象のGPS衛星を判別することを実施しない。例えば、GPSアンテナ12A、12Bの何れのGPSアンテナで受信されたGPS衛星を、除外対象のGPS衛星することなく出力する。
On the other hand, if the pseudorange residuals for all GPS satellites are equal to or greater than the threshold and the receiver time error
このように、GPSアンテナ12A、12Bの各々の受信機ともに、時刻誤差の信頼度が高いと判定された場合についてのみ、上記第1実施形態と同様の衛星選択を行う。これによって、全てのGPS衛星についての疑似距離残差に基づき判定された受信機の時刻誤差の信頼度に考慮して、マルチパス誤差の影響を受けた衛星を事前に除外することが可能となる。
In this manner, satellite selection similar to that of the first embodiment is performed only when it is determined that the reliability of the time error is high in both receivers of the
次に、第2の実施形態に係る測位装置210の作用について説明する。なお、第1の実施形態と同様の処理となる部分については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図7に、第2の実施形態に係る測位装置における主な処理として、衛星選択装置18のコンピュータにおける衛星選択処理ルーチンの内容の一例を示す。
Next, operation of the
FIG. 7 shows an example of the contents of a satellite selection processing routine in the computer of the
GPSアンテナ12A、12B、受信機14A、14Bによって、複数のGPS衛星から電波を受信しているときに、コンピュータ230において、図7に示す測位処理ルーチンが繰り返し実行される。
While the
ステップS100で、GPS受信機14A、14Bから複数のGPS衛星の情報を取得すると共に、複数のGPS衛星のGPS疑似距離データ、ドップラー周波数、GPS衛星の位置座標を算出して取得する。同一時刻に取得された複数のGPS衛星分のGPS情報を、GPS情報群として取得する。
In step S100, information of a plurality of GPS satellites is obtained from the
次に、上記と同様にして、ステップS102で、GPSアンテナ12A、12Bの各々の設置箇所の位置、及びGPSアンテナ12A、12Bの各々の受信機14A、14Bの時刻誤差を計算する。そして、GPSアンテナ12A、12Bの各々で共通に受信しているGPS衛星のうち、除外対象のGPS衛星を設定する。
Next, in the same manner as described above, in step S102, the positions of the installation locations of the
まず、ステップS106で、複数のGPSアンテナ12A、12Bで共通に電波を受信している全てのGPS衛星のうち何れか1つのGPS衛星を設定する。そして、ステップS108で、GPSアンテナ12A、12Bの各々の推定疑似距離を算出し、ステップS110で、GPSアンテナ12A、12B毎に、疑似距離の残差を算出する。
First, in step S106, any one GPS satellite is set among all the GPS satellites from which radio waves are commonly received by the plurality of
ステップS200では、推定疑似距離、および疑似距離の残差の算出処理を未実行のGPS衛星が残存するか否かを判別することで、全GPS衛星に対して上記処理が終了したかを判断する。上記処理を未実行のGPS衛星が残存する場合は、ステップS200で否定され、ステップS202で、次のGPS衛星を設定した後に、上記ステップS200へ戻る。一方、全てのGPS衛星について上記処理の実行が終了した場合は、ステップS200で肯定され、ステップS204へ処理を移行する。 In step S200, it is determined whether or not the above processes have been completed for all GPS satellites by determining whether or not there remain GPS satellites that have not yet been subjected to the estimated pseudorange and pseudorange residual calculation processing. . If there are GPS satellites that have not been subjected to the above process, the result in step S200 is NO, and after setting the next GPS satellite in step S202, the process returns to step S200. On the other hand, if the above process has been completed for all GPS satellites, the result of step S200 is affirmative, and the process proceeds to step S204.
ステップS204では、GPSアンテナ12A、12Bで共通に受信している全てのGPS衛星に対する、各GPSアンテナ毎の疑似距離残差のうち、閾値以上の疑似距離残差のGPSアンテナが存在するかを判断する。疑似距離残差が閾値以上のGPSアンテナが存在する場合はステップS204で肯定され、後述する除外対象のGPS衛星を選択する処理を実行することなく、ステップS100へ戻る。一方、疑似距離残差が全て閾値未満である場合はステップS204で否定され、除外対象のGPS衛星を選択する処理を実行するために、ステップS206へ処理を移行する。
In step S204, it is determined whether or not there is a GPS antenna with a pseudorange residual equal to or greater than a threshold among the pseudorange residuals for each GPS antenna for all GPS satellites commonly received by the
ステップS206では、複数のGPSアンテナ12A、12Bで共通に電波を受信している全てのGPS衛星のうち何れか1つのGPS衛星を設定する。そして、ステップS108で、GPSアンテナ12A、12Bの各々の推定疑似距離を算出し、ステップS110で、GPSアンテナ12A、12B毎に、疑似距離の残差を算出する。
In step S206, any one GPS satellite is set among all the GPS satellites from which radio waves are commonly received by the plurality of
次のステップS208では、GPSアンテナ12Aの疑似距離残差と、GPSアンテナ12Bの疑似距離残差との差分である疑似距離残差の差を計算する。次のステップS210では、疑似距離残差の差の絶対値が閾値以上か否かを判断し、肯定判断の場合は、ステップS212で、現在設定されているGPS衛星を、共通に電波を受信した全てのGPS衛星から除外する除外対象のGPS衛星として設定し、出力部20により出力する。これによって、受信機の時刻誤差の信頼度を考慮して、マルチパス誤差の影響を受けた衛星を事前に除外することが可能となる。
In the next step S208, a pseudorange residual difference between the pseudorange residual of the
一方、ステップS210で否定判断の場合は、ステップS214へ処理を移行する。ステップS214では、上記処理を未実行のGPS衛星が残存するか否かを判別することで、全GPS衛星に対して上記処理が終了したかを判断する。上記処理を未実行のGPS衛星が残存する場合は、ステップS214で否定され、ステップS216で、次のGPS衛星を設定した後に、ステップS208へ戻る。一方、全てのGPS衛星について上記処理の実行が終了した場合は、ステップS214で肯定され、上記ステップS100へ戻る。 On the other hand, if the determination in step S210 is negative, the process proceeds to step S214. In step S214, it is determined whether or not the above process has been completed for all GPS satellites by determining whether there are GPS satellites that have not been subjected to the above process. If there are GPS satellites that have not been subjected to the above process, the result in step S214 is NO, and after setting the next GPS satellite in step S216, the process returns to step S208. On the other hand, if execution of the above process has been completed for all GPS satellites, affirmative determination is made in step S214, and the process returns to step S100.
以上説明したように、第2の実施形態に係る測位装置によれば、衛星選択装置18によって、GPSアンテナに接続されている受信機の時刻誤差の信頼度が高い場合にのみ、測位対象箇所と各GPSアンテナ設置箇所との位置関係を適切に考慮して、マルチパス誤差の影響を受けたと推定されるGPS衛星を事前に除外することにより、車両における測位対象箇所について、地球上の位置を精度よく計算することができる。
As described above, according to the positioning device according to the second embodiment, the
<第3の実施形態>
次に、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態では、自車両の速度を算出する速度測定装置に、本開示の技術を適用した場合を例に説明する。なお、第3の実施形態の速度測定装置について、第1の実施形態の測位装置10と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment will be described. In the third embodiment, an example will be described in which the technology of the present disclosure is applied to a speed measuring device that calculates the speed of the own vehicle. In the velocity measuring device of the third embodiment, the same components as those of the
図8に、第3の実施形態に係る速度測定装置の構成の一例を示す。
図8に示すように、第3の実施形態に係る速度測定装置310は、複数のGPSアンテナ12A、12Bと、複数の受信機14A、14Bと、姿勢角センサ16と、ジャイロセンサ316と、複数の受信機14A、14Bによって受信されたGPS衛星からの受信信号、及び姿勢角センサ16、ジャイロセンサ316の検出値に基づいて、使用するGPS衛星を選択する衛星選択装置318と、自車両の速度を導出する速度導出処理を実行する速度導出部340とを備えている。衛星選択装置318は、自車両の速度を導出するために用いるGPS衛星を選択する衛星選択処理を実行するコンピュータ330と、出力部20とを備えている。
FIG. 8 shows an example of the configuration of a velocity measuring device according to the third embodiment.
As shown in FIG. 8, a
コンピュータ330を機能ブロックで表すと、図8に示すように、衛星情報取得部31と、アンテナ速度・受信機時刻誤差変化量算出部332と、推定ドップラー周波数算出部334と、ドップラー周波数残差算出部335と、除外衛星判別部337を備えている。第3実施形態に係る衛星情報取得部31は、本開示の衛星情報取得部及び観測ドップラー周波数導出部の一例である。推定ドップラー周波数算出部334は、本開示の推定ドップラー周波数導出部の一例である。ドップラー周波数残差算出部335は、本開示の残差導出部の一例である。除外衛星判別部337は、本開示の衛星選択部の一例である。
When the
アンテナ速度・受信機時刻誤差変化量算出部332は、自車両の姿勢角に基づき計算されるGPSアンテナ12A、12Bの各々の地球上における設置箇所と測位対象箇所との速度関係、及び取得した衛星情報を用いて定まる測位対象箇所の速度に基づいて、GPSアンテナ12A、12Bの各々の速度を計算する。また、GPSアンテナ12A、12Bの各々の受信機14A、14Bの時刻誤差の変化量(以降、クロックドリフトと表記する。)を計算する。
The antenna speed/receiver time error change
具体的には、アンテナ速度・受信機時刻誤差変化量算出部332は、第1工程として、ジャイロセンサ316の検出値を用いることにより、当該時刻の自車両の角速度を算出する。次に、アンテナ速度・受信機時刻誤差変化量算出部332は、第2工程として、姿勢角センサ16の検出値から自車両の姿勢角を算出する。
図9に、ある時刻における自車両50の姿勢角の一例を示す。図9(A)は路面に対する真上からの自車両50の姿勢角を示し、図9(B)は路面に対する真横からの自車両50の姿勢角を示している。以降では、図9に示すように、ある時刻における角速度が、ヨーレート=ω、ピッチレート=ゼロ、ロールレート=ゼロ、また、姿勢角が、ヨー角=θ(真北をゼロとして時計回りを正)、ピッチ角=α、ロール角=ゼロであったとする。
Specifically, the antenna velocity/receiver time error
FIG. 9 shows an example of the attitude angle of the
次に、アンテナ速度・受信機時刻誤差変化量算出部332は、第3工程として、算出された自車両の姿勢角、および各GPS衛星からの受信信号のドップラー周波数に基づいて、GPSアンテナ12A、12Bの各々について、地球上におけるGPSアンテナの設置箇所と、測位対象箇所との速度関係を計算する。
具体的には、まず、アンテナ速度・受信機時刻誤差変化量算出部332は、予め求められた、地球上における各GPSアンテナ12A、12Bの設置箇所と、測位対象箇所との間の距離と、各GPSアンテナ12A、12Bの設置箇所の角度と、検出された自車両の姿勢角及び角速度とに基づいて、測位対象箇所(車両中心)と各GPSアンテナ設置箇所との、地球上における速度関係を算出する。より具体的には、次の手順で算出する。なお、ここでは、GPSアンテナ12Aを対象とした場合について説明する。
Next, as a third step, the antenna velocity/receiver time error change
Specifically, first, the antenna velocity/receiver time error change
(手順1) 以下に示す式(5)により、ENU(East-North-Up)座標系における速度関係を算出する。
図10に、測位対象箇所(車両中心)とGPSアンテナ12Aの設置箇所との速度関係の一例を示す、図10(A)は路面に対して真上から見た場合の速度関係を示し、図10(B)は路面に対して真横から見た場合の速度関係を示し、図10(C)は地表面(EN座標面)に投影された状態を見た場合の速度関係を示す。
(Procedure 1) The velocity relationship in the ENU (East-North-Up) coordinate system is calculated by the following formula (5).
FIG. 10 shows an example of the speed relationship between the location to be positioned (vehicle center) and the location where the
(5)
(5)
(手順2) 以下に示す式(6)により、ENU座標系からECEF(Earth-Centered Earth-Fixed)座標系に変換することにより、地球上における速度関係を算出する。同様に、GPSアンテナ12Bの設置箇所についても、測位対象箇所との速度関係を算出する。以降では、このようにして得られた速度関係の算出結果を、「GPSアンテナ12Aの設置箇所の速度=GA(測位対象箇所の速度)」のように表記する。
(Procedure 2) A velocity relationship on the earth is calculated by converting from the ENU coordinate system to the ECEF (Earth-Centered Earth-Fixed) coordinate system by the following formula (6). Similarly, the speed relationship with the position to be measured is calculated for the location where the
(6)
(6)
ここで、
here,
また、αは地球の長半径[m]であり、fは扁平率である。 Also, α is the major axis [m] of the earth, and f is the oblateness.
そして、アンテナ速度・受信機時刻誤差変化量算出部332は、第4工程として、計算された速度関係と、取得した衛星情報とを用いて、地球上における測位対象箇所の速度、および、複数のGPSアンテナの各々の受信機のクロックドリフトを計算する。
具体的には、アンテナ速度・受信機時刻誤差変化量算出部332は、測位対象箇所の速度、及び複数のGPSアンテナ12A、12Bの各々の時刻誤差を未知数とし、測位対象箇所の速度、及び測位対象箇所(車両中心)と各アンテナ設置箇所との、地球上における速度関係を用いて、複数のGPSアンテナ12A、12Bの設置箇所の速度を記述した方程式と、複数のGPSアンテナ12A、12Bの各々により、複数のGPSアンテナ12A、12Bの各々の設置箇所で観測されたドップラー周波数から得られる衛星との相対速度とに基づいて、測位対象箇所の速度、および、各受信機のクロックドリフトを算出する。
Then, as a fourth step, the antenna speed/receiver time error change
Specifically, the antenna velocity/receiver time error change
より具体的には、測位対象箇所のECEF座標系における3次元速度ベクトル(Vx,Vy,Vz)、および、2台の受信機14A、14Bのクロックバイアスの変化量であるクロックドリフトの合計5個を未知数とし、各GPSアンテナ12A、12Bの設置箇所のECEF座標系における3次元速度ベクトルをGA(Vx, Vy, Vz)、およびGB(Vx, Vy, Vz)とした上で、周知の方法(例えば、1台のGPSアンテナによる速度算出)と同様に、各GPSアンテナ12A、12B毎及び衛星毎に式(7)を立式することにより(ここでは、GPSアンテナ12Aについてのみ記載。GPSアンテナ12Bについても同様)、GPSアンテナ12A、12Bの合計5個以上の衛星による観測結果を用いて、測位対象箇所の速度(Vx, Vy, Vz)を算出する。1台のGPSアンテナによる速度算出の一例は、文献(Y. Kojima, “Proposal for a new localization method using tightly coupled integration based on a precise estimation of trajectory from GPS Doppler", Proceedings of AVEC2010, Laughborough UK, 2010.)に記載された技術が挙げられる。なお、設置されたGPSアンテナがN個である場合には、合計(N+3)個以上の衛星による観測結果を用いて、測位対象箇所の速度(Vx, Vy, Vz)、およびクロックドリフトを算出する。
More specifically, the three-dimensional velocity vector (Vx, Vy, Vz) in the ECEF coordinate system of the positioning target location, and the clock drift, which is the amount of change in the clock bias of the two
・・・(7)
... (7)
ここで、GPSアンテナ12Aの速度は以下の式で表される。
Here, the speed of the
また、(Vx,Vy,Vz)は測位対象箇所の速度であり、CbvAは、GPSアンテナ12Aの受信機14Aのクロックドリフト[m/s](光速をかけて速度に換算したもの)である。(xA,yA,zA)は、GPSアンテナ12Aの位置である。また、Diは、衛星iについて観測されたドップラー周波数[Hz]であり、(Xsi,Ysi,Zsi)は、衛星iの位置であり、riは、以下の式で表わされる。
Also, (Vx, Vy, Vz) is the velocity of the location to be positioned, and Cbv A is the clock drift [m/s] of the
また、f1は、搬送波周波数(1575.42×106)[Hz]であり、Cは光速(2.99792458×108)[m/s]であり、(Vxsi,Vysi,Vzsi)は、衛星iの速度である。 Also, f 1 is the carrier frequency (1575.42×10 6 ) [Hz], C is the speed of light (2.99792458×10 8 ) [m/s], and (V xsi , V ysi , V zsi ) is the satellite is the velocity of i.
このように、測位対象箇所とアンテナ設置箇所との速度関係を適切に考慮することにより、測位対象箇所とは異なる位置で観測されたドップラー周波数を用いても、高精度に、測位対象箇所の速度を算出することが可能となる。 In this way, by appropriately considering the velocity relationship between the location to be determined and the location where the antenna is installed, even if Doppler frequencies observed at locations different from the location to be determined are used, the velocity of the location to be determined can be determined with high accuracy. can be calculated.
次に、アンテナ速度・受信機時刻誤差変化量算出部332は、第5工程として、上述のようにして求めたGPSアンテナの設置箇所と測位対象箇所との速度関係、及び測位対象箇所の位置を用いて、GPSアンテナ12A、12Bの各々の速度を導出する。すなわち、第3工程で算出されたGPSアンテナ12A、12Bの各々の設置箇所と測位対象箇所との速度関係に、第4工程で算出された地球上における測位対象箇所の速度を適用することで、GPSアンテナ12A、12Bの各々の速度を導出する。
Next, as a fifth step, the antenna speed/receiver time error change
推定ドップラー周波数算出部334は、電波を受信した全てのGPS衛星のうち、GPSアンテナ12A、12Bで共通に電波を受信した全てのGPS衛星の各々について、GPSアンテナ12A、12B毎に、推定されるドップラー周波数(以下、推定ドップラー周波数という。)を算出する。具体的には、アンテナ速度・受信機時刻誤差変化量算出部332で導出されたGPSアンテナ12A、12Bの各々の速度、および受信機14A、14Bの各々のクロックドリフトを、式(7)に代入することにより、GPSアンテナ12A、12B毎に推定ドップラー周波数を算出する。
The estimated
ドップラー周波数残差算出部335は、GPSアンテナ12A、12B毎に、観測されたドップラー周波数(以下、観測ドップラー周波数という。)と、推定された推定ドップラー周波数との差分(以下、ドップラー周波数残差という。)を算出する。具体的には、電波を受信した全てのGPS衛星のうち、GPSアンテナ12A、12Bで共通に電波を受信した全てのGPS衛星の各々について、GPSアンテナ12A、12B毎に、式(8)により、ドップラー周波数の残差を算出する。
(ドップラー周波数残差)=|(観測ドップラー周波数)-(推定ドップラー周波数)|
・・・(8)
The Doppler frequency
(Doppler frequency residual) = | (Observed Doppler frequency) - (Estimated Doppler frequency) |
... (8)
除外衛星判別部337は、ドップラー周波数残差算出部335で算出された全GPS衛星各々のGPSアンテナ12A、12Bのドップラー周波数残差の差に基づいて、自車両の速度を推定する際に使用するGPS衛星とから除外する除外対象のGPS衛星を判別する。具体的には、除外衛星判別部337は、GPSアンテナ12A、12Bで共通に電波を受信した全てのGPS衛星の各々について、ドップラー周波数残差算出部335で算出された、GPSアンテナ12Aのドップラー周波数残差と、GPSアンテナ12Bのドップラー周波数残差との差分(以下、ドップラー周波数残差の差という。)を計算する。そして、GPS衛星毎に計算されたドップラー周波数残差の差の絶対値が閾値以上となるGPSアンテナのGPS衛星を、共通に電波を受信した全てのGPS衛星から除外する除外対象のGPS衛星として判別する。このようにして、測位対象箇所と各GNSSアンテナ設置箇所との速度関係を適切に考慮して、マルチパス誤差の影響を受けた衛星を事前に除外することが可能となる。
The excluded
速度導出部340は、GPS衛星の情報を用いて地球上における測位対象箇所の速度を導出する。具体的には、例えば、除外対象のGPS衛星を除くGPS衛星からの衛星情報を用いて、測位対象箇所の速度を算出する。なお、速度導出部340における測位対象箇所の速度の導出は、例えば、アンテナ速度・受信機時刻誤差変化量算出部332における第1工程から第4工程による算出と同様の処理によって導出可能であるため、詳細な説明を省略する。
以上のようにして、測位対象箇所と各GNSSアンテナ設置箇所との速度関係を適切に考慮して、マルチパス誤差の影響を受けた衛星を事前に除外することで、誤差の少ない衛星からの衛星情報のみを用いて、高精度に、測位対象箇所の位置、および速度の算出が可能となる。 As described above, by appropriately considering the velocity relationship between the positioning target location and each GNSS antenna installation location and excluding satellites affected by multipath errors in advance, satellite Using only the information, it is possible to calculate the position and speed of the location to be positioned with high accuracy.
次に、第3の実施形態に係る速度測定装置310の作用について説明する。
図11に、速度測定装置における衛星選択装置318のコンピュータにおける衛星選択処理ルーチンの内容の一例を示す。
Next, the action of the
FIG. 11 shows an example of the contents of the satellite selection processing routine in the computer of the
姿勢角センサ16によって地磁気を検出し、ジャイロセンサ316によって角加速度を検出すると共に、GPSアンテナ12A、12B、受信機14A、14Bによって、複数のGPS衛星から電波を受信しているときに、衛星選択装置318のコンピュータ330において、図11に示す速度測定処理ルーチンが繰り返し実行される。
ステップS300で、GPS受信機14A、14Bから複数のGPS衛星の情報を取得すると共に、複数のGPS衛星のGPS疑似距離データ、ドップラー周波数、GPS衛星の位置座標を算出して取得する。同一時刻に取得された複数のGPS衛星分のGPS情報を、GPS情報群として取得する。
In step S300, information on a plurality of GPS satellites is obtained from the
次に、ステップS302で、GPSアンテナ12A、12Bの各々の設置箇所の速度を算出する。具体的には、第1段階で、ジャイロセンサ316の検出値を用いることにより、当該時刻の自車両の角速度を算出し、第2段階で、姿勢角センサ16の検出値から自車両の姿勢角を算出する。次の第3段階で、GPSアンテナ12A、12Bの各々について、地球上におけるGPSアンテナの設置箇所と、測位対象箇所との速度関係を計算する。次の第4段階で、計算された速度関係と、取得した衛星情報とを用いて、地球上における測位対象箇所の速度を計算する。また、GPSアンテナ12A、12Bの各々の受信機14A、14Bのクロックドリフトを計算する。そして、第5段階で、求めたGPSアンテナの設置箇所と測位対象箇所との速度関係、及び測位対象箇所の位置を用いて、GPSアンテナ12A、12Bの各々の速度を導出する。
Next, in step S302, the speed at each installation location of the
そして、GPS情報群、GPSアンテナ12A、12Bの各々の位置、及びGPSアンテナ12A、12Bに対応する各々の受信機14A、14Bのクロックドリフトに基づいて、共通に受信しているGPS衛星のうち、除外対象のGPS衛星を設定する。
Then, based on the GPS information group, the positions of the
具体的には、ステップS306で、複数のGPSアンテナ12A、12BにおいてGPS衛星からの電波を共通に受信している全てのGPS衛星(例えばn個)のうち何れか1つのGPS衛星(i=1)を設定し、次のステップS308で、ステップS304において導出されたGPSアンテナ12A、12Bの各々の速度、および受信機14A、14Bの各々のクロックドリフトを用いて、GPSアンテナ12A、12Bの各々の推定ドップラー周波数を算出する。次にステップS310では、GPSアンテナ12A、12B毎に、観測されたドップラー周波数である観測ドップラー周波数からステップS308で算出された推定ドップラー周波数を減算した絶対値を算出することで、ドップラー周波数の残差を算出する(式(8)参照)。
Specifically, in step S306, any one GPS satellite (i=1 ), and in the next step S308, using the velocity of each of the
次のステップS312では、該当するGPS衛星について算出されたGPSアンテナ12Aのドップラー周波数の残差と、GPSアンテナ12Bのドップラ^周波数の残差との差分であるドップラー周波数残差の差を計算する。そして、次のステップS314では、ドップラー周波数残差の差の絶対値が閾値以上か否かを判断し、肯定判断の場合は、ステップS316で、現在設定されているGPSアンテナのGPS衛星を、共通に電波を受信した全てのGPS衛星から除外する除外対象のGPS衛星として設定し、出力部20により出力する。これによって、測位対象箇所と各GNSSアンテナ設置箇所との位置関係や速度関係を適切に考慮して、マルチパス誤差の影響を受けた衛星を事前に除外することが可能となる。
In the next step S312, the difference between the Doppler frequency residual of the
一方、ステップS314で否定判断の場合は、ステップS318へ処理を移行する。ステップS318では、上記処理を未実行のGPS衛星が残存するか否かを判別することで、全GPS衛星に対して上記処理が終了した(i≧n)かを判断する。上記処理を未実行のGPS衛星が残存する場合は、ステップS318で否定され、ステップS320で、次のGPS衛星(i=i+1)を設定した後に、上記ステップS308へ戻る。一方、全てのGPS衛星について上記処理の実行が終了した場合は、ステップS318で肯定され、上記ステップS300へ戻る。 On the other hand, if the determination in step S314 is negative, the process proceeds to step S318. In step S318, it is determined whether or not the above process has been completed for all GPS satellites (i≧n) by determining whether or not there are any GPS satellites that have not been subjected to the above process. If there are GPS satellites that have not been subjected to the above process, the result in step S318 is NO, and after setting the next GPS satellite (i=i+1) in step S320, the process returns to step S308. On the other hand, if the above process has been completed for all GPS satellites, affirmative determination is made in step S318, and the process returns to step S300.
本実施形態に係る速度測定装置310では、上記のようにして、除外対象のGPS衛星が選択されると、速度導出部340は、選択された除外対象のGPS衛星を除くGPS衛星からの衛星情報を用いて、測位対象箇所の速度を算出する。これによって、車両における複数のGPSアンテナの設置箇所とは異なる測位対象箇所について、マルチパス誤差の影響を受けたと推定されるGPS衛星を事前に除外することで、地球上の速度を精度よく計算することができる。
In the
以上説明したように、第3の実施形態に係る速度測定装置によれば、衛星選択装置318によって、測位対象箇所と各GPSアンテナ設置箇所との速度関係を適切に考慮して、マルチパス誤差の影響を受けたと推定されるGPS衛星を事前に除外することにより、車両における測位対象箇所について、地球上の速度を精度よく計算することができる。
As described above, according to the speed measurement device according to the third embodiment, the
<第4の実施形態>
次に、第4の実施形態について説明する。なお、第4の実施形態の速度測定装置について、第3の実施形態の速度測定装置310と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
<Fourth Embodiment>
Next, a fourth embodiment will be described. In the speed measuring device of the fourth embodiment, the same components as those of the
第4の実施形態では、算出される受信機各々のクロックドリフトの信頼度が高い場合にのみ、マルチパス誤差の影響を受けたと推定されるGPS衛星を事前に除外する点が、第3の実施形態と主に異なっている。 The fourth embodiment differs from the third embodiment in that GPS satellites that are estimated to be affected by multipath errors are excluded in advance only when the reliability of the calculated clock drift of each receiver is high. differ mainly in morphology.
図12に、第4の実施形態に係る速度測定装置の構成の一例を示す。
図12に示すように、第4の実施形態に係る速度測定装置410における衛星選択装置418のコンピュータ430は、衛星情報取得部31と、アンテナ速度・受信機時刻誤差変化量算出部332と、推定ドップラー周波数算出部334と、ドップラー周波数残差算出部335と、受信機クロックドリフト信頼度判定部436と、除外衛星判別部437を備えている。受信機クロックドリフト信頼度判定部436は、本開示の信頼度判定部の一例である。
FIG. 12 shows an example of the configuration of the velocity measuring device according to the fourth embodiment.
As shown in FIG. 12, the
受信機クロックドリフト信頼度判定部436は、アンテナ速度・受信機時刻誤差変化量算出部332によって算出された受信機のクロックドリフトの信頼度を判定する。具体的には、GPSアンテナにおけるドップラー周波数残差の変動に応じて受信機のクロックドリフトの信頼度を判定すればよい。例えば、受信機のクロックドリフトに誤りが生じた場合、全GPS衛星の各々のドップラー周波数残差に対して共通に影響する。このため、全GPS衛星についてのドップラー周波数残差が一定以上大きくなっているということは、当該受信機のクロックドリフトの算出が誤っている可能性は高い、すなわち、信頼度が低いと考えられる。一方、全GPS衛星についてのドップラー周波数の残差が一定未満であることは、当該受信機のクロックドリフトの算出が誤っている可能性は低い、すなわち、信頼度が高いと考えられる。
The receiver clock drift
より具体的には、受信機クロックドリフト信頼度判定部436は、ドップラー周波数残差算出部335で算出されたドップラー周波数残差を用いて、GPSアンテナ12A、12Bで共通に受信している全てのGPS衛星について、各GPSアンテナ毎に、ドップラー周波数の残差を算出する。次に、共通に受信している全てのGPS衛星について、一方のGPSアンテナのドップラー周波数の残差が、他方のGPSアンテナのドップラー周波数の残差より予め定めた閾値以上大きい場合は、ドップラー周波数の残差が大きい方のGPSアンテナに接続されている受信機のクロックドリフトの信頼度が低いと判定する。これは、受信機のクロックドリフトの算出の誤りは、共通に受信している全てのGPS衛星各々のドップラー周波数の残差に対して共通に影響するため、全てのGPS衛星についての疑似距離残差が一定以上大きくなっているということは、当該受信機のクロックドリフトの算出が誤っている可能性が高いと考えられるためである。また、一方のGPSアンテナのドップラー周波数の残差が、他方のGPSアンテナのドップラー周波数の残差に対して閾値未満の場合は、当該GPSアンテナに接続されている受信機のクロックドリフトの信頼度が高いと判定する。
More specifically, the receiver clock drift
除外衛星判別部437は、受信機クロックドリフト信頼度判定部436によって判定された受信機のクロックドリフトの信頼度に基づいて、ドップラー周波数残差算出部335で算出された全GPS衛星各々のGPSアンテナ12A、12Bのドップラー周波数残差の差から自車両の速度を推定する際に使用するGPS衛星とから除外する除外対象のGPS衛星を判別する。
The excluded
具体的には、全てのGPS衛星についてのドップラー周波数残差が閾値未満で、受信機クロックドリフト信頼度判定部436によって受信機のクロックドリフトの信頼度が高いと判定された場合には、上記第3の実施形態と同様に、全GPS衛星各々のGPSアンテナ12A、12Bのドップラー周波数残差の差に基づいて、除外対象のGPS衛星を判別する。
Specifically, when the Doppler frequency residuals for all GPS satellites are less than the threshold and the receiver clock drift
一方、全てのGPS衛星についてのドップラー周波数残差が閾値以上で、受信機クロックドリフト信頼度判定部436によって受信機のクロックドリフトの信頼度が低いと判定された場合には、除外対象のGPS衛星を判別することを実施しない。例えば、GPSアンテナ12A、12Bの何れのGPSアンテナで受信されたGPS衛星を、除外対象のGPS衛星することなく出力する。
On the other hand, if the Doppler frequency residuals for all GPS satellites are equal to or greater than the threshold and the receiver clock drift
このように、GPSアンテナ12A、12Bの各々の受信機ともに、クロックドリフトの信頼度が高いと判定された場合についてのみ、上記第3実施形態と同様の衛星選択を行う。これによって、全てのGPS衛星についてのドップラー周波数残差に基づき判定された受信機のクロックドリフトの信頼度に考慮して、マルチパス誤差の影響を受けた衛星を事前に除外することが可能となる。
In this manner, satellite selection similar to that of the third embodiment is performed only when it is determined that the reliability of the clock drift is high in both receivers of the
なお、第4の実施形態に係る速度測定装置410の他の構成及び作用については、第2の実施形態、第3の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
Other configurations and actions of the
以上説明したように、第4の実施形態に係る速度測定装置によれば、検出された自車両の受信機のクロックドリフトの信頼度が高い場合にのみ、地球上における測位対象箇所の速度を計算することにより、測位対象箇所について、地球上の速度を安定して計算することができる。 As described above, according to the speed measuring device according to the fourth embodiment, only when the reliability of the detected clock drift of the receiver of the own vehicle is high, the speed of the location to be positioned on the earth is calculated. By doing so, it is possible to stably calculate the velocity on the earth for the location to be positioned.
なお、上記の実施形態において、車両に搭載される測位装置又は速度測定装置に、本開示の技術を適用する場合を例に説明したが、本開示の測位装置又は速度測定装置が搭載される移動体は車両に限定されない。例えば、測位装置又は速度測定装置をロボットに搭載してもよい。 In the above embodiments, the case where the technology of the present disclosure is applied to the positioning device or the speed measuring device mounted on a vehicle has been described as an example, but the movement in which the positioning device or the speed measuring device of the present disclosure is mounted is described as an example. Bodies are not limited to vehicles. For example, a positioning device or a speed measuring device may be mounted on the robot.
また、上記の実施形態では、車両に搭載される測位装置又は速度測定装置に、本開示の技術を適用する場合を例に説明したが、本開示の測位装置および速度測定装置を搭載し、測位および速度を導出する場合に本開示の技術を適用してもよい。 Further, in the above embodiment, the case where the technique of the present disclosure is applied to the positioning device or the speed measuring device mounted on the vehicle has been described as an example. and velocity, the technique of the present disclosure may be applied.
また、衛星航法システムとしてGPSを用いた場合を例に説明したが、他の衛星測位システム(GLONASS,BeiDou,Galileo,QZSS)を用いてもよいし、これらを併用してもよい。 Also, the case of using GPS as a satellite navigation system has been described as an example, but other satellite positioning systems (GLONASS, BeiDou, Galileo, QZSS) may be used, or these may be used in combination.
10、210 測位装置
12A、12B GPSアンテナ
14A、14B 受信機
16 姿勢角センサ
18、218、318、418 衛星選択装置
20 出力部
30、230、330、340 コンピュータ
31 衛星情報取得部
32 アンテナ位置・受信機時刻誤差算出部
34 推定疑似距離算出部
35 疑似距離残差算出部
37 除外衛星判別部
40 位置導出部
310、410 速度測定装置
10, 210
Claims (8)
複数の衛星の各々から送信された前記複数の衛星の各々の位置に関する情報、及び前記複数の衛星の各々と前記移動体との間の距離に関する情報を含む衛星情報を取得する衛星情報取得部と、
前記衛星情報取得部で取得された前記衛星情報に基づいて、前記複数の衛星アンテナの各々の設置箇所で観測された、前記複数の衛星の各々と、前記複数の衛星アンテナの各々との間の距離を示す観測疑似距離情報を導出する観測疑似距離導出部と、
前記複数の衛星アンテナの各々の設置箇所と前記測位対象箇所との予め定めた位置関係と、前記衛星情報取得部で取得された前記衛星情報とに基づいて、前記複数の衛星の各々と、算出される前記測位対象箇所からの各位置による前記複数の衛星アンテナの各々との間の距離を示す推定疑似距離情報を推定する推定疑似距離算出部と、
前記複数の衛星の各々について、前記複数の衛星アンテナの衛星アンテナ毎に、前記観測疑似距離導出部で導出された前記観測疑似距離情報と、前記推定疑似距離算出部で推定された前記推定疑似距離情報との残差を導出する残差導出部と、
前記複数の衛星アンテナの各々の受信機の時刻誤差の各々の信頼度を判定する信頼度判定部と、
前記信頼度判定部により前記信頼度が高いと判定された場合のみ、前記残差導出部で導出された前記複数の衛星アンテナの各々の前記残差の差分に基づいて、前記使用する衛星から除外する衛星を選択する衛星選択部と、
を含む衛星選択装置。 A satellite selection device for selecting a satellite to be used in a positioning device for calculating a position on the earth of a location to be positioned on a mobile body different from installation locations of a plurality of satellite antennas installed on the mobile body,
a satellite information acquisition unit for acquiring satellite information including information on the position of each of the plurality of satellites transmitted from each of the plurality of satellites and information on the distance between each of the plurality of satellites and the mobile object; ,
based on the satellite information acquired by the satellite information acquisition unit, between each of the plurality of satellites and each of the plurality of satellite antennas observed at each installation location of the plurality of satellite antennas; an observation pseudorange derivation unit for deriving observation pseudorange information indicating a distance;
calculating each of the plurality of satellites based on a predetermined positional relationship between the installation location of each of the plurality of satellite antennas and the positioning target location and the satellite information acquired by the satellite information acquiring unit; an estimated pseudo-range calculation unit for estimating estimated pseudo-range information indicating the distance between each of the plurality of satellite antennas by each position from the positioning target location to be determined;
the observed pseudorange information derived by the observed pseudorange derivation unit and the estimated pseudorange estimated by the estimated pseudorange calculation unit for each of the plurality of satellite antennas for each of the plurality of satellites; a residual derivation unit for deriving residuals with information;
a reliability determination unit that determines the reliability of each time error of each receiver of the plurality of satellite antennas;
Excluded from the satellites to be used based on the difference of the residuals of each of the plurality of satellite antennas derived by the residual derivation unit only when the reliability determination unit determines that the reliability is high a satellite selection unit for selecting a satellite to
Satellite selection device including.
請求項1に記載の衛星選択装置。 2. The satellite selection device according to claim 1, wherein the satellite selection unit excludes satellites corresponding to residual differences equal to or greater than a predetermined threshold from the satellites to be used.
請求項1又は請求項2に記載の衛星選択装置。 The reliability determination unit determines that the residual of any one of the residuals derived by the residual derivation unit is equal to the residual of the other satellite antenna for a predetermined number of different satellites. Determine that the reliability of the time error of the receiver is high if it is within the threshold for
A satellite selection device according to claim 1 or claim 2 .
複数の衛星の各々から送信された前記複数の衛星の各々の位置に関する情報、及び前記複数の衛星の各々と前記移動体との間の相対速度に関する情報を含む衛星情報を取得する衛星情報取得部と、
前記衛星情報取得部で取得された前記衛星情報に基づいて、前記複数の衛星アンテナの各々の設置箇所で観測された、前記複数の衛星の各々と、前記複数の衛星アンテナの各々との間の相対速度を示す観測ドップラー周波数情報を導出する観測ドップラー周波数導出部と、
前記複数の衛星アンテナの各々の設置箇所と前記測位対象箇所との速度関係と、前記衛星情報取得部で取得された前記衛星情報とに基づいて、前記複数の衛星の各々と、前記複数の衛星アンテナの各々との間の相対速度を示す推定ドップラー周波数情報を推定する推定ドップラー周波数算出部と、
前記複数の衛星の各々について、前記複数の衛星アンテナの衛星アンテナ毎に、前記観測ドップラー周波数導出部で導出された前記観測ドップラー周波数情報と、前記推定ドップラー周波数算出部で推定された前記推定ドップラー周波数情報との残差を導出する残差導出部と、
前記複数の衛星アンテナの各々の受信機の時刻誤差の変化量の各々の信頼度を判定する信頼度判定部と、
前記信頼度判定部により前記信頼度が高いと判定された場合のみ、前記複数の衛星の各々における前記残差導出部で導出された前記複数の衛星アンテナの各々の前記残差の差分に基づいて、複数の衛星から使用する衛星を選択する衛星選択部と、
を含む衛星選択装置。 A satellite selection device for selecting a satellite to be used in a speed measuring device for calculating the speed on the earth of a location to be positioned on a mobile object different from installation locations of a plurality of satellite antennas installed on the mobile object,
A satellite information acquisition unit for acquiring satellite information including information on the position of each of the plurality of satellites transmitted from each of the plurality of satellites and information on the relative velocity between each of the plurality of satellites and the mobile object. When,
based on the satellite information acquired by the satellite information acquisition unit, between each of the plurality of satellites and each of the plurality of satellite antennas observed at each installation location of the plurality of satellite antennas; an observed Doppler frequency derivation unit for deriving observed Doppler frequency information indicating relative velocity;
each of the plurality of satellites and the plurality of satellites based on the velocity relationship between the installation location of each of the plurality of satellite antennas and the positioning target location and the satellite information acquired by the satellite information acquisition unit; an estimated Doppler frequency calculator for estimating estimated Doppler frequency information indicative of relative velocity between each of the antennas;
the observed Doppler frequency information derived by the observed Doppler frequency deriving unit and the estimated Doppler frequency estimated by the estimated Doppler frequency calculator for each of the plurality of satellite antennas for each of the plurality of satellites; a residual derivation unit for deriving residuals with information;
a reliability determination unit that determines the reliability of each amount of change in the time error of each receiver of the plurality of satellite antennas;
Only when the reliability determination unit determines that the reliability is high , based on the residual difference of each of the plurality of satellite antennas derived by the residual derivation unit of each of the plurality of satellites , a satellite selection unit that selects a satellite to be used from a plurality of satellites;
Satellite selection device including.
請求項4に記載の衛星選択装置。 The satellite selection unit excludes from the satellites to be used a satellite corresponding to the residual difference equal to or larger than a predetermined threshold.
5. A satellite selection device according to claim 4 .
請求項4又は請求項5に記載の衛星選択装置。 The reliability determination unit determines that, of the residuals derived by the residual derivation unit, for a predetermined number of different satellites, the residual of any one of the plurality of satellite antennas is the residual of the other satellite antennas. If the residual error of the satellite antenna is within the threshold, it is determined that the reliability of the amount of change in the time error of the receiver is high
A satellite selection device according to claim 4 or claim 5 .
コンピュータを、
複数の衛星の各々から送信された前記複数の衛星の各々の位置に関する情報、及び前記複数の衛星の各々と前記移動体との間の距離に関する情報を含む衛星情報を取得する衛星情報取得部、
前記衛星情報取得部で取得された前記衛星情報に基づいて、前記複数の衛星アンテナの各々の設置箇所で観測された、前記複数の衛星の各々と、前記複数の衛星アンテナの各々との間の距離を示す観測疑似距離情報を導出する観測疑似距離導出部、
前記複数の衛星アンテナの各々の設置箇所と前記測位対象箇所との予め定めた位置関係と、前記衛星情報取得部で取得された前記衛星情報とに基づいて、前記複数の衛星の各々と、算出される前記測位対象箇所からの各位置による前記複数の衛星アンテナの各々との間の距離を示す推定疑似距離情報を推定する推定疑似距離算出部、
前記複数の衛星の各々について、前記複数の衛星アンテナの衛星アンテナ毎に、前記観測疑似距離導出部で導出された前記観測疑似距離情報と、前記推定疑似距離算出部で推定された前記推定疑似距離情報との残差を導出する残差導出部、
前記複数の衛星アンテナの各々の受信機の時刻誤差の各々の信頼度を判定する信頼度判定部、および、
前記信頼度判定部により前記信頼度が高いと判定された場合のみ、前記残差導出部で導出された前記複数の衛星アンテナの各々の前記残差の差分に基づいて、前記使用する衛星から除外する衛星を選択する衛星選択部、
として機能させるためのプログラム。 A program for selecting a satellite to be used in a positioning device for calculating the position on the earth of a location to be positioned on a mobile body different from installation locations of a plurality of satellite antennas installed on the mobile body,
the computer,
a satellite information acquisition unit that acquires satellite information including information on the position of each of the plurality of satellites transmitted from each of the plurality of satellites and information on the distance between each of the plurality of satellites and the mobile object;
based on the satellite information acquired by the satellite information acquisition unit, between each of the plurality of satellites and each of the plurality of satellite antennas observed at each installation location of the plurality of satellite antennas; an observation pseudorange derivation unit for deriving observation pseudorange information indicating a distance;
calculating each of the plurality of satellites based on a predetermined positional relationship between the installation location of each of the plurality of satellite antennas and the positioning target location and the satellite information acquired by the satellite information acquiring unit; an estimated pseudo-range calculation unit for estimating estimated pseudo-range information indicating the distance between each of the plurality of satellite antennas by each position from the location to be measured,
the observed pseudorange information derived by the observed pseudorange derivation unit and the estimated pseudorange estimated by the estimated pseudorange calculation unit for each of the plurality of satellite antennas for each of the plurality of satellites; a residual derivation unit for deriving a residual with information;
a reliability determination unit that determines the reliability of each time error of the receiver of each of the plurality of satellite antennas; and
Excluded from the satellites to be used based on the difference of the residuals of each of the plurality of satellite antennas derived by the residual derivation unit only when the reliability determination unit determines that the reliability is high a satellite selection unit for selecting a satellite to
A program to function as
コンピュータを、
複数の衛星の各々から送信された前記複数の衛星の各々の位置に関する情報、及び前記複数の衛星の各々と前記移動体との間の相対速度に関する情報を含む衛星情報を取得する衛星情報取得部、
前記衛星情報取得部で取得された前記衛星情報に基づいて、前記複数の衛星アンテナの各々の設置箇所で観測された、前記複数の衛星の各々と、前記複数の衛星アンテナの各々との間の相対速度を示す観測ドップラー周波数情報を導出する観測ドップラー周波数導出部、
前記複数の衛星アンテナの各々の設置箇所と前記測位対象箇所との速度関係と、前記衛星情報取得部で取得された前記衛星情報とに基づいて、前記複数の衛星の各々と、前記複数の衛星アンテナの各々との間の相対速度を示す推定ドップラー周波数情報を推定する推定ドップラー周波数算出部、
前記複数の衛星の各々について、前記複数の衛星アンテナの衛星アンテナ毎に、前記観測ドップラー周波数導出部で導出された前記観測ドップラー周波数情報と、前記推定ドップラー周波数算出部で推定された前記推定ドップラー周波数情報との残差を導出する残差導出部、
前記複数の衛星アンテナの各々の受信機の時刻誤差の変化量の各々の信頼度を判定する信頼度判定部、および、
前記信頼度判定部により前記信頼度が高いと判定された場合のみ、
前記複数の衛星の各々における前記残差導出部で導出された前記複数の衛星アンテナの各々の前記残差の差分に基づいて、複数の衛星から使用する衛星を選択する衛星選択部、
として機能させるためのプログラム。 A program for selecting a satellite to be used in a speed measuring device that calculates the speed on the earth of a location to be positioned on a mobile object that is different from installation locations of a plurality of satellite antennas installed on the mobile object,
the computer,
A satellite information acquisition unit for acquiring satellite information including information on the position of each of the plurality of satellites transmitted from each of the plurality of satellites and information on the relative velocity between each of the plurality of satellites and the mobile object. ,
based on the satellite information acquired by the satellite information acquisition unit, between each of the plurality of satellites and each of the plurality of satellite antennas observed at each installation location of the plurality of satellite antennas; an observed Doppler frequency derivation unit for deriving observed Doppler frequency information indicative of relative velocity;
each of the plurality of satellites and the plurality of satellites based on the velocity relationship between the installation location of each of the plurality of satellite antennas and the positioning target location and the satellite information acquired by the satellite information acquisition unit; an estimated Doppler frequency calculator for estimating estimated Doppler frequency information indicative of relative velocity between each of the antennas;
the observed Doppler frequency information derived by the observed Doppler frequency deriving unit and the estimated Doppler frequency estimated by the estimated Doppler frequency calculator for each of the plurality of satellite antennas for each of the plurality of satellites; a residual derivation unit for deriving a residual with information;
a reliability determination unit that determines the reliability of each amount of change in the time error of each receiver of the plurality of satellite antennas;
Only when the reliability determination unit determines that the reliability is high,
a satellite selection unit that selects a satellite to be used from a plurality of satellites based on the difference in the residual of each of the plurality of satellite antennas derived by the residual derivation unit for each of the plurality of satellites;
A program to function as
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