JP7181070B2

JP7181070B2 - 衛星測位装置

Info

Publication number: JP7181070B2
Application number: JP2018229898A
Authority: JP
Inventors: 拓哉井元
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2022-11-30
Anticipated expiration: 2038-12-07
Also published as: JP2020091249A

Description

本開示は、測位衛星を利用して自装置位置を測位する技術に関する。

準天頂衛星を利用して自装置位置を測位する技術が、非特許文献１、２等に開示されている。具体的には、複数の準天頂衛星からの測位信号及び補強信号を受信し、測位信号及び補強信号を利用して自装置位置を測位する。ここで、補強信号は、測位信号による準天頂衛星測位を補強し、センチメータ級又はサブメータ級の測位を可能とする。

"Ｑｕａｓｉ－ＺｅｎｉｔｈＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＳｔａｎｄａｒｄ（ＰＳ－ＱＺＳＳ－００１）" 、[ｏｎｌｉｎｅ]、平成３０年８月３１日、内閣府宇宙開発戦略推進事務局、[平成３０年１０月３１日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｑｚｓｓ．ｇｏ．ｊｐ／ｅｎ／ｔｅｃｈｎｉｃａｌ／ｄｏｗｎｌｏａｄ／ｐｄｆ／ｐｓ－ｉｓ－ｑｚｓｓ／ｐｓ－ｑｚｓｓ－００１．ｐｄｆ？ｔ＝１５４０９４８９５３９９４＞ "Ｑｕａｓｉ－ＺｅｎｉｔｈＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍＩｎｔｅｒｆａｃｅＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ，ＮａｖｉｇａｔｉｏｎａｎｄＴｉｍｉｎｇＳｒｅｖｉｃｅ（ＩＳ－ＱＺＳＳ－ＰＮＴ－００２）"、[ｏｎｌｉｎｅ]、平成３０年１月２９日、内閣府宇宙開発戦略推進事務局、[平成３０年１０月３１日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｑｚｓｓ．ｇｏ．ｊｐ／ｅｎ／ｔｅｃｈｎｉｃａｌ／ｄｏｗｎｌｏａｄ／ｐｄｆ／ｐｓ－ｉｓ－ｑｚｓｓ／ｉｓ－ｑｚｓｓ－ｐｎｔ－００２．ｐｄｆ？ｔ＝１５４０９４８９９８２８３＞

ところで、補強信号は、衛星クロック誤差、衛星軌道誤差、衛星信号間バイアス、電離層遅延及び対流圏遅延の情報を、複数の準天頂衛星に共通に放送する。そこで、複数の準天頂衛星から選択された単数の準天頂衛星からの補強信号を受信することにより、補強信号の受信系統を１系統とすることができ、測位装置の回路規模を抑制することができる。しかし、複数の準天頂衛星からの補強信号の受信状態を順番に監視したうえで、受信状態が最も良いと判定された補強信号の送信元である単数の準天頂衛星を選択するならば、複数の準天頂衛星から単数の準天頂衛星を選択する時間を短縮することができない。

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、測位装置の回路規模を抑制するために、複数の測位衛星から選択された単数の測位衛星からの補強信号を受信するにあたり、複数の測位衛星から単数の測位衛星を選択する時間を短縮することを目的とする。

前記課題を解決するために、測位信号及び補強信号の伝搬経路は、ほぼ同一経路であるため、測位信号及び補強信号の受信状態も、ほぼ同一状態であることを利用する。つまり、複数の測位衛星から選択された単数の測位衛星からの補強信号を受信するにあたり、複数の測位衛星からの測位信号の受信状態を監視したうえで、受信状態が最も良いと判定された測位信号の送信元である単数の測位衛星を選択する。ここで、複数の測位衛星からの測位信号の受信状態は、複数の測位衛星を捕捉した時点で既知である。

具体的には、本開示は、複数の測位衛星から、測位信号をそれぞれ受信する複数の測位信号受信部と、前記複数の測位衛星から選択された単数の測位衛星から、測位信号による衛星測位を補強する補強信号を受信する単数の補強信号受信部と、前記複数の測位信号受信部がそれぞれ受信する測位信号のうちの受信状態が最も良いと判定された測位信号の送信元である一の測位衛星を、前記単数の補強信号受信部が受信する補強信号の送信元である前記単数の測位衛星として選択する補強信号選択部と、を備えることを特徴とする衛星測位装置である。

この構成によれば、複数の測位衛星から選択された単数の測位衛星からの補強信号を受信するにあたり、測位衛星の捕捉時又は測位信号の受信状態順位の変化時において、複数の測位衛星から単数の測位衛星を選択する時間を短縮することができる。

また、本開示は、前記補強信号選択部は、前記単数の補強信号受信部が受信する補強信号の受信状態が所定状態より悪くなったときに、又は、前記複数の測位信号受信部がそれぞれ受信する測位信号のうちの前記一の測位衛星から受信された測位信号の受信状態が所定状態より悪くなったときに、前記複数の測位信号受信部がそれぞれ受信する測位信号のうちの受信状態が最も良いと判定された測位信号の送信元である他の測位衛星を、前記単数の補強信号受信部が受信する補強信号の送信元である前記単数の測位衛星として再選択することを特徴とする衛星測位装置である。

この構成によれば、複数の測位衛星から選択された単数の測位衛星からの補強信号を受信するにあたり、補強信号若しくは測位信号の受信状態の悪化時又は測位衛星の再捕捉時において、複数の測位衛星から単数の測位衛星を再選択する時間を短縮することができる。

このように、本開示は、測位装置の回路規模を抑制するために、複数の測位衛星から選択された単数の測位衛星からの補強信号を受信するにあたり、複数の測位衛星から単数の測位衛星を選択する時間を短縮することができる。

本開示の衛星測位装置の構成を示す図である。本開示の測位信号、補強信号及び受信状態の具体例を示す図である。本開示の第１実施形態の準天頂衛星測位処理の手順を示す図である。本開示の第１実施形態の準天頂衛星測位処理の内容を示す図である。本開示の第２実施形態の準天頂衛星測位処理の手順を示す図である。本開示の第２実施形態の準天頂衛星測位処理の内容を示す図である。

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

（本開示の衛星測位装置の構成）
本開示の衛星測位装置の構成を図１に示す。本開示の測位信号、補強信号及び受信状態の具体例を図２に示す。衛星測位システムは、準天頂衛星Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４及び衛星測位装置Ｐから構成される。衛星測位装置Ｐは、受信アンテナ１、複数の測位信号受信部２－１、２－２、２－３、２－４、単数の補強信号受信部３、準天頂衛星測位部４、受信状態監視部５及び補強信号選択部６から構成される。

受信アンテナ１は、複数の準天頂衛星Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４から、測位信号及び補強信号を受信する。複数の測位信号受信部２－１、２－２、２－３、２－４は、複数の準天頂衛星Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４から、測位信号をそれぞれ受信する。単数の補強信号受信部３は、複数の準天頂衛星Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４から選択された単数の準天頂衛星から、測位信号による準天頂衛星測位を補強する補強信号を受信する。準天頂衛星測位部４は、測位信号及び補強信号を利用して衛星測位装置Ｐの位置を測位する。

ここで、補強信号は、衛星クロック誤差、衛星軌道誤差、衛星信号間バイアス、電離層遅延及び対流圏遅延の情報を、複数の準天頂衛星Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４に共通に放送する。そこで、単数の補強信号受信部３は、複数の準天頂衛星Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４から選択された単数の準天頂衛星から、補強信号を受信する。よって、補強信号の受信系統を１系統とすることができ、衛星測位装置Ｐの回路規模を抑制することができる。

そして、測位信号及び補強信号の伝搬経路は、ほぼ同一経路であるため、測位信号及び補強信号の受信状態も、ほぼ同一状態である。さらに、複数の準天頂衛星Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４からの測位信号の受信状態は、複数の準天頂衛星Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を捕捉した時点で既知である。そこで、補強信号選択部６は、複数の測位信号受信部２－１、２－２、２－３、２－４がそれぞれ受信する測位信号のうちの受信状態が最も良いと判定された測位信号の送信元である一の準天頂衛星を、単数の補強信号受信部３が受信する補強信号の送信元である単数の準天頂衛星として選択する。よって、衛星測位装置Ｐの回路規模を抑制するために、複数の準天頂衛星Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４から選択された単数の準天頂衛星からの補強信号を受信するにあたり、複数の準天頂衛星Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４から単数の準天頂衛星を選択する時間を短縮することができる。

測位信号の種類として、中心周波数に応じて、以下の信号等が挙げられる：Ｌ１Ｃ／Ａ（中心周波数１５７５．４２ＭＨｚ）、Ｌ１Ｃ（中心周波数１５７５．４２ＭＨｚ）、Ｌ２Ｃ（中心周波数１２２７．６０ＭＨｚ）、Ｌ５（中心周波数１１７６．４５ＭＨｚ）。

補強信号の種類として、中心周波数に応じて、以下の信号等が挙げられる：Ｌ１Ｓ（サブメータ級、中心周波数１５７５．４２ＭＨｚ）、Ｌ１Ｓｂ（サブメータ級、中心周波数１５７５．４２ＭＨｚ）、Ｌ６（センチメータ級、中心周波数１２７８．７５ＭＨｚ）。

受信状態の種類として、受信レベル、復調率及び誤り率等が挙げられる。ここで、受信状態は、準天頂衛星の仰角低下等により悪化しうる。そして、復調率は、測位信号及び補強信号のメッセージ周期に対する、測位信号及び補強信号の復調成功回数の割合である。

（第１実施形態の準天頂衛星測位処理の手順及び内容）
本開示の第１実施形態の準天頂衛星測位処理の手順及び内容を図３、４に示す。

補強信号選択部６は、準天頂衛星の捕捉時において、複数の測位信号受信部２－１、２－２、２－３、２－４がそれぞれ受信する測位信号のうちの受信状態が最も良いと判定された測位信号の送信元である一の準天頂衛星を、単数の補強信号受信部３が受信する補強信号の送信元である単数の準天頂衛星として選択する（ステップＳ１～Ｓ４）。

具体的には、複数の測位信号受信部２－１、２－２、２－３、２－４は、複数の準天頂衛星Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４からの測位信号をそれぞれ受信する（ステップＳ１）。受信状態監視部５は、複数の準天頂衛星Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４からの測位信号の受信状態を監視する（ステップＳ２）。図４の第１段では、測位信号の受信状態の良さは、準天頂衛星Ｑ１について第４位であり、準天頂衛星Ｑ２について第１位であり、準天頂衛星Ｑ３について第３位であり、準天頂衛星Ｑ４について第２位である。

補強信号選択部６は、受信状態が最も良いと判定された測位信号の送信元である一の準天頂衛星を選択する（ステップＳ３）。図４の第１段では、受信状態が最も良い測位信号の送信元として、準天頂衛星Ｑ２が選択されている。補強信号受信部３は、当該一の準天頂衛星からの補強信号を受信する（ステップＳ４）。図４の第１段では、補強信号の受信状態は、準天頂衛星Ｑ１について非受信であり、準天頂衛星Ｑ２について受信中であり、準天頂衛星Ｑ３について非受信であり、準天頂衛星Ｑ４について非受信である。

このように、複数の準天頂衛星Ｑ１～Ｑ４から選択された単数の準天頂衛星からの補強信号を受信するにあたり、準天頂衛星の捕捉時において、複数の準天頂衛星Ｑ１～Ｑ４から単数の準天頂衛星を選択する時間を短縮することができる。

補強信号選択部６は、補強信号又は測位信号の受信状態の悪化時において、つまり、単数の補強信号受信部３が受信する補強信号の受信状態が所定状態より悪くなったときに、又は、複数の測位信号受信部２－１、２－２、２－３、２－４がそれぞれ受信する測位信号のうちの当該一の準天頂衛星から受信された測位信号の受信状態が所定状態より悪くなったときに、以下の処理を実行する。すなわち、複数の測位信号受信部２－１、２－２、２－３、２－４がそれぞれ受信する測位信号のうちの受信状態が最も良いと判定された測位信号の送信元である他の準天頂衛星を、単数の補強信号受信部３が受信する補強信号の送信元である単数の準天頂衛星として再選択する（ステップＳ５～Ｓ１０）。

具体的には、受信状態監視部５は、当該一の準天頂衛星からの補強信号又は測位信号の受信状態を監視する（ステップＳ５）。当該一の準天頂衛星からの補強信号又は測位信号の受信状態が悪化しているときに（ステップＳ６においてＹＥＳ）、ステップＳ７が実行され、当該一の準天頂衛星からの補強信号又は測位信号の受信状態が悪化していないときに（ステップＳ６においてＮＯ）、ステップＳ５が繰り返される。図４の第２段では、準天頂衛星Ｑ２の補強信号又は測位信号の受信状態は、所定状態より悪化している。

受信状態監視部５は、複数の準天頂衛星Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４からの測位信号の受信状態を監視する（ステップＳ７）。図４の第３段では、測位信号の受信状態の良さは、準天頂衛星Ｑ１について第３位であり、準天頂衛星Ｑ２について第４位であり、準天頂衛星Ｑ３について第２位であり、準天頂衛星Ｑ４について第１位である。

補強信号選択部６は、受信状態が最も良いと判定された測位信号の送信元である他の準天頂衛星を再選択する（ステップＳ８）。図４の第３段では、受信状態が最も良い測位信号の送信元として、準天頂衛星Ｑ４が再選択されている。補強信号受信部３は、当該他の準天頂衛星からの補強信号を受信する（ステップＳ９）。図４の第３段では、補強信号の受信状態は、準天頂衛星Ｑ１について非受信であり、準天頂衛星Ｑ２について非受信であり、準天頂衛星Ｑ３について非受信であり、準天頂衛星Ｑ４について受信中である。

衛星測位が続行するときに（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、ステップＳ５～Ｓ１０が繰り返される。ここで、ステップＳ９の「当該他の準天頂衛星」は、ステップＳ５の「当該一の準天頂衛星」となる。衛星測位が終了するときに（ステップＳ１０においてＮＯ）、衛星測位が再開するまで、ステップＳ１～Ｓ１０が実行されない。

このように、複数の準天頂衛星Ｑ１～Ｑ４から選択された単数の準天頂衛星からの補強信号を受信するにあたり、補強信号又は測位信号の受信状態の悪化時において、複数の準天頂衛星Ｑ１～Ｑ４から単数の準天頂衛星を再選択する時間を短縮することができる。

（第２実施形態の準天頂衛星測位処理の手順及び内容）
本開示の第２実施形態の準天頂衛星測位処理の手順及び内容を図５、６に示す。

まず、ステップＳ１～Ｓ４が実行され、図６の第１段の状態が実現される。

次に、ステップＳ５～Ｓ１０と並行する処理として、ステップＳ１１～Ｓ１５が実行される。補強信号選択部６は、測位信号の受信状態順位の変化時において、複数の測位信号受信部２－１、２－２、２－３、２－４がそれぞれ受信する測位信号のうちの受信状態が最も良いと判定された測位信号の送信元である他の準天頂衛星を、単数の補強信号受信部３が受信する補強信号の送信元である単数の準天頂衛星として選択する。

具体的には、受信状態監視部５は、複数の準天頂衛星Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４からの測位信号の受信状態を監視する（ステップＳ１１）。図６の第２段では、測位信号の受信状態の良さは、準天頂衛星Ｑ１について第４位であり、準天頂衛星Ｑ２について第２位であり、準天頂衛星Ｑ３について第３位であり、準天頂衛星Ｑ４について第１位である。

測位信号の受信状態の良さの順位が変化しているときに（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、ステップＳ１３が実行され、測位信号の受信状態の良さの順位が変化していないときに（ステップＳ１２においてＮＯ）、ステップＳ１１が繰り返される。図６の第２段では、測位信号の受信状態の良さは、準天頂衛星Ｑ２について第１位から第２位へと変化しており、準天頂衛星Ｑ４について第２位から第１位へと変化している。

補強信号選択部６は、受信状態が最も良いと判定された測位信号の送信元である他の準天頂衛星を選択する（ステップＳ１３）。図６の第２段では、受信状態が最も良い測位信号の送信元として、準天頂衛星Ｑ４が選択されている。補強信号受信部３は、当該他の準天頂衛星からの補強信号を受信する（ステップＳ１４）。図６の第２段では、補強信号の受信状態は、準天頂衛星Ｑ１について非受信であり、準天頂衛星Ｑ２について非受信であり、準天頂衛星Ｑ３について非受信であり、準天頂衛星Ｑ４について受信中である。

衛星測位が続行するときに（ステップＳ１５においてＹＥＳ）、ステップＳ１１～Ｓ１５が繰り返される。ここで、ステップＳ１４の「当該他の準天頂衛星」は、ステップＳ１６の「当該一の準天頂衛星」となる。衛星測位が終了するときに（ステップＳ１５においてＮＯ）、衛星測位が再開するまで、ステップＳ１１～Ｓ１５が実行されない。

このように、複数の準天頂衛星Ｑ１～Ｑ４から選択された単数の準天頂衛星からの補強信号を受信するにあたり、測位信号の受信状態順位の変化時において、複数の準天頂衛星Ｑ１～Ｑ４から単数の準天頂衛星を選択する時間を短縮することができる。

次に、ステップＳ５～Ｓ１０に代わる処理として、ステップＳ１６～Ｓ２２が実行される。補強信号選択部６は、単数の補強信号受信部３が受信する補強信号の受信状態が所定状態より悪くなったときに、又は、複数の測位信号受信部２－１、２－２、２－３、２－４がそれぞれ受信する測位信号のうちの当該一の準天頂衛星から受信された測位信号の受信状態が所定状態より悪くなったときに、受信状態の悪い準天頂衛星から受信状態の良い準天頂衛星へと切り替え、以下の処理を実行する。すなわち、複数の測位信号受信部２－１、２－２、２－３、２－４がそれぞれ受信する測位信号のうちの受信状態が最も良いと判定された測位信号の送信元である他の準天頂衛星を、単数の補強信号受信部３が受信する補強信号の送信元である単数の準天頂衛星として再選択する。

具体的には、受信状態監視部５は、当該一の準天頂衛星からの補強信号又は測位信号の受信状態を監視する（ステップＳ１６）。当該一の準天頂衛星からの補強信号又は測位信号の受信状態が悪化しているときに（ステップＳ１７においてＹＥＳ）、ステップＳ１８が実行され、当該一の準天頂衛星からの補強信号又は測位信号の受信状態が悪化していないときに（ステップＳ１７においてＮＯ）、ステップＳ１６が繰り返される。図６の第３段では、準天頂衛星Ｑ４の補強信号又は測位信号の受信状態は、所定状態より悪化している。

測位信号受信部２－１、２－２、２－３、２－４は、当該一の準天頂衛星からの測位信号に代えて、代替の準天頂衛星からの測位信号を受信する（ステップＳ１８）。図６の第４段では、測位信号受信部２－４は、受信状態の悪い準天頂衛星Ｑ４からの測位信号に代えて、受信状態の良い準天頂衛星Ｑ５からの測位信号を受信する。

受信状態監視部５は、複数の準天頂衛星Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ５からの測位信号の受信状態を監視する（ステップＳ１９）。図６の第４段では、測位信号の受信状態の良さは、準天頂衛星Ｑ１について第４位であり、準天頂衛星Ｑ２について第１位であり、準天頂衛星Ｑ３について第２位であり、準天頂衛星Ｑ５について第３位である。

補強信号選択部６は、受信状態が最も良いと判定された測位信号の送信元である他の準天頂衛星を再選択する（ステップＳ２０）。図６の第４段では、受信状態が最も良い測位信号の送信元として、準天頂衛星Ｑ２が再選択されている。補強信号受信部３は、当該他の準天頂衛星からの補強信号を受信する（ステップＳ２１）。図６の第４段では、補強信号の受信状態は、準天頂衛星Ｑ１について非受信であり、準天頂衛星Ｑ２について受信中であり、準天頂衛星Ｑ３について非受信であり、準天頂衛星Ｑ５について非受信である。

衛星測位が続行するときに（ステップＳ２２においてＹＥＳ）、ステップＳ１６～Ｓ２２が繰り返される。ここで、ステップＳ２１の「当該他の準天頂衛星」は、ステップＳ１６の「当該一の準天頂衛星」となる。衛星測位が終了するときに（ステップＳ２２においてＮＯ）、衛星測位が再開するまで、ステップＳ１６～Ｓ２２が実行されない。

このように、複数の準天頂衛星Ｑ１～Ｑ５から選択された単数の準天頂衛星からの補強信号を受信するにあたり、準天頂衛星の再捕捉時において、複数の準天頂衛星Ｑ１～Ｑ５から単数の準天頂衛星を再選択する時間を短縮することができる。

本実施形態では、衛星測位装置Ｐは、準天頂衛星から測位信号及び補強信号を受信している。変形例として、衛星測位装置Ｐは、準天頂衛星、ＧＰＳ衛星、Ｇａｌｉｌｅｏ衛星、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星及びＢＤＳ衛星等から選択された、複数の種類の測位衛星又は単数の種類の測位衛星から測位信号及び補強信号を受信してもよい。

本開示の衛星測位装置は、測位装置の回路規模を抑制するために、複数の測位衛星から選択された単数の測位衛星からの補強信号を受信するにあたり、複数の測位衛星から単数の測位衛星を選択する時間を短縮することができる。

Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５：準天頂衛星
Ｐ：衛星測位装置
１：受信アンテナ
２－１、２－２、２－３、２－４：測位信号受信部
３：補強信号受信部
４：準天頂衛星測位部
５：受信状態監視部
６：補強信号選択部

Claims

複数の測位衛星から、測位信号をそれぞれ受信する複数の測位信号受信部と、
前記複数の測位衛星から選択された単数の測位衛星から、測位信号による衛星測位を補強する補強信号を受信する単数の補強信号受信部と、
前記複数の測位信号受信部がそれぞれ受信する測位信号のうちの受信状態が最も良いと判定された測位信号の送信元である一の測位衛星を、前記単数の補強信号受信部が受信する補強信号の送信元である前記単数の測位衛星として選択する補強信号選択部と、
を備えることを特徴とする衛星測位装置。
前記補強信号選択部は、前記単数の補強信号受信部が受信する補強信号の受信状態が所定状態より悪くなったときに、又は、前記複数の測位信号受信部がそれぞれ受信する測位信号のうちの前記一の測位衛星から受信された測位信号の受信状態が所定状態より悪くなったときに、前記複数の測位信号受信部がそれぞれ受信する測位信号のうちの受信状態が最も良いと判定された測位信号の送信元である他の測位衛星を、前記単数の補強信号受信部が受信する補強信号の送信元である前記単数の測位衛星として再選択する
ことを特徴とする、請求項１に記載の衛星測位装置。