JPH01297400A - Navigation device - Google Patents

Navigation device

Info

Publication number
JPH01297400A
JPH01297400A JP12900688A JP12900688A JPH01297400A JP H01297400 A JPH01297400 A JP H01297400A JP 12900688 A JP12900688 A JP 12900688A JP 12900688 A JP12900688 A JP 12900688A JP H01297400 A JPH01297400 A JP H01297400A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
navigation
user
speed
satellites
satellite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP12900688A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH089360B2 (en
Inventor
Hiroshi Koyama
浩 小山
Norimasa Yoshida
憲正 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP63129006A priority Critical patent/JPH089360B2/en
Publication of JPH01297400A publication Critical patent/JPH01297400A/en
Publication of JPH089360B2 publication Critical patent/JPH089360B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Navigation (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To detect the position and speed of a user with high precision by calculating the parameter as the index of the navigation precision from the geometrical relation between an artificial satellite for assisting navigation and a user and determining the gain for correcting the transmission error according to the variation of the calculated values. CONSTITUTION:In a navigation system 4 provided for a user, a receiver 5 which receives and demodulates the signals supplied from an artificial satellite 2 for assisting navigation and measures the relative distance and relative speed between the user and the satellite 2 and decodes the information for calculating the position and speed of the satellite 2 is installed. Further, a navigation calculating device 6 which calculates each estimated error of the absolute position and speed of the user which is transmitted from a dynamic model in which the movement of the user is described, in the valve of the parameter which forms the index of the navigation system and precision from the geometrical relation between four satellites for assisting navigation and the user and determines the gain for correcting the transmission error according to the variation of the value and corrects the transmission error of the absolute position and speed of the user is installed. The result of the calculation is displayed on a display device 10.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、異なった地球周回軌道上の複数の人工衛星
に正確なりロック及びスペクトラム拡散通信の可能な送
信機を搭載することによって、航法支援のための人工衛
星となし、地球表面上、空中、あるいは宇宙空間におい
て、専用の受信機により、信号を受信、処理することに
より、受信機を搭載した利用者の絶対位置、速度を実時
間で決定する航法装置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] This invention provides navigation aids by equipping a plurality of satellites in different earth orbits with transmitters capable of accurate locking and spread spectrum communication. By using a dedicated receiver to receive and process signals on the earth's surface, in the air, or in outer space, the absolute position and velocity of the user equipped with the receiver can be determined in real time. It is related to the navigation device that determines.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第3図、第4図は1例えilI’NAVIGATION
(VOL。
Figures 3 and 4 are an example of NAVIGATION.
(VOL.

25、ム2. SUMMER,1978)に掲載された
米国が一発中の全地球的航法システムであるGPS((
31obalPositioning System)
の例にみられるような、地球表面上、空中、あるいは宇
宙空間において、3次元の絶対位置、速度を決定するだ
めの、航法支援用の人工衛星を利用した。航法装置の構
成を示す図であり1図において111は地球、(2)は
地球軌道上を周回する航法支援用の人工衛星、(3)は
航法支援用の人工衛星を管理する地上局、(4)は航法
装置である。航法装置(4)は、航法支援用の人工衛星
からの信号を受信するための専用受信機(5)、航法演
算装置1[61、航法結果表示装置−より構成され、航
法演算装置! +61は状態量伝播部(7)、ゲイン計
算部(8)。
25, Mu2. GPS ((
31obalPositioning System)
As seen in the example above, artificial satellites for navigation support were used to determine three-dimensional absolute position and velocity on the earth's surface, in the air, or in outer space. This is a diagram showing the configuration of a navigation device, and in Figure 1, 111 is the earth, (2) is a navigation support satellite orbiting the earth, (3) is a ground station that manages the navigation support satellite, ( 4) is a navigation device. The navigation device (4) is composed of a dedicated receiver (5) for receiving signals from an artificial satellite for navigation support, a navigation calculation device 1 [61, a navigation result display device], and a navigation calculation device! +61 is a state quantity propagation section (7) and a gain calculation section (8).

状態量更新部(9)、共分散伝播部αD、共分散更新部
@よシ構成される。
It is composed of a state quantity update unit (9), a covariance propagation unit αD, and a covariance update unit @.

なお、第3図では航法支援用の人工衛星におけるほかの
装置9例えは航法信号送信機、を源装置。
In addition, in Figure 3, other devices in an artificial satellite for navigation support, such as a navigation signal transmitter, are used as source devices.

姿勢制御装置、トラッキング及びテレメトリコマンド装
置、ガスジェット装置、あるいは構体などを必要とする
が、この発明の説明のためには直接関係がないので省略
しである。
Although an attitude control device, a tracking and telemetry command device, a gas jet device, a structure, etc. are required, they are omitted because they are not directly relevant to the explanation of this invention.

次に動作について説明する。この様な装置において、航
法支援用の人工衛星を用いて、この航法装置を装備した
利用者の絶対位置、速度の決定を行うためには、航法支
援用の人工衛星(2)から送出された。航法支援用の人
工衛星の位置、速度を計算するための情報を含む特定コ
ードによりスペクトラム拡散変調された信号を専用受信
機(5)において受信し、その特定コードを予め知るこ
とによりスペクトラム逆拡散を行い、送出された信号を
復調、解読し、解読した情報に基づき計算された各航法
支援用の人工衛星の位置、速度の予測値を。
Next, the operation will be explained. In such a device, in order to determine the absolute position and speed of a user equipped with this navigation device using a navigation support satellite, it is necessary to . A dedicated receiver (5) receives a signal that is spread spectrum modulated using a specific code that includes information for calculating the position and speed of an artificial satellite for navigation support, and performs spectrum despreading by knowing the specific code in advance. The transmitted signals are demodulated and decoded, and the predicted values of the position and speed of each navigation support satellite are calculated based on the decoded information.

受信した信号の位相、ドブプラーシフ)f測定すること
により得られた。航法支援用の人工衛星と航法装置を搭
載した利用者間の相対距離、相対速度情報と共に、航法
演算装置(6)においてカルマンフィルタを用いて処理
し、利用者の絶対位置、速度を高精度に決定する。
The phase of the received signal, Dovplaschiff), was obtained by measuring f. The relative distance and speed information between the navigation support satellite and the user equipped with the navigation device is processed using a Kalman filter in the navigation calculation unit (6) to determine the user's absolute position and speed with high precision. do.

航法演算装置(6)では、カルマンフィルタを用いた高
精度な絶対位置、速度の決定を行うために。
The navigation calculation unit (6) uses a Kalman filter to determine absolute position and velocity with high precision.

各時点における利用者の位置、速度を状態量伝播部(7
)にて利用者のダイナミクスモデルを用いることにより
計算すると共に、各時点で計算された利用者位置、速度
の決定精度を示す指標である共分散を共分散伝播部Oυ
にて同時に計算し、計算された共分散に基づき、状態量
及び共分散の更新を行うために必要となるカルマンゲイ
ンをゲイン計算部(8)にて定期的に計算し、その結果
に基づき、状態量更新部(9)、共分散更新部α2にお
いて、専用受信機(5)より得られた。各航法支援用の
人工衛星の位置、速度の予測値、及び航法支援用の人工
衛星と航法装置を搭載した利用者との間の相対距離。
The state quantity propagation unit (7
) by using the user's dynamics model, and the covariance propagation unit Oυ
, and based on the calculated covariance, the gain calculation unit (8) periodically calculates the Kalman gain necessary for updating the state quantity and covariance, and based on the result, It is obtained from the dedicated receiver (5) in the state quantity update unit (9) and the covariance update unit α2. Predicted position and speed of each navigational support satellite, and relative distance between the navigational support satellite and the user carrying the navigation device.

相対速度情報を用い、状態量伝播部(7)、共分散伝播
部0υにて計算された利用者位置、速度の伝播誤差及び
その時の共分散値の修正を行う。
Using the relative velocity information, the user position and velocity propagation error calculated by the state quantity propagation unit (7) and the covariance propagation unit 0υ and the covariance value at that time are corrected.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

従来の航法装置は以上のように構成されているので、航
法装置内においてカルマンフィルタを用いた高精度な絶
対位置、速度の決定を行うために。
Since the conventional navigation device is configured as described above, in order to determine the absolute position and velocity with high precision using a Kalman filter within the navigation device.

利用者のダイナミクスに基づき位置、速度の伝播を行う
と共に、共分散も合わせて伝播する必要がある他、定期
的に共分散の値に基つき力ルマンフィルタのゲインを計
算し9位置、速度の伝播誤差の修正に加え、共分散値自
体の修正を行うことが必要であり、他の処理を圧迫する
可能性や実時間処理が不可能となる場合があるなどの課
題があった。
In addition to propagating the position and velocity based on the user's dynamics, it is also necessary to propagate the covariance as well.The gain of the Luman filter is calculated periodically based on the covariance value. In addition to correcting the propagation error, it is necessary to correct the covariance value itself, which poses problems such as the possibility of overloading other processing and the possibility of making real-time processing impossible.

また、使用する計算機の能力によっては、カルマンフィ
ルタの適用自体が不可能となる場合があるなどの課題が
めった。
Further, depending on the power of the computer used, the application of the Kalman filter itself may become impossible, which is a frequent problem.

この発明は、上記のような課題を解消するためになされ
たもので、航法演算に要する計算負荷を軽減し、利用者
の高精度な位置、速度情報を、実時間処理により取得す
ることの出来る装置を得ることを目的とする。
This invention was made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to reduce the calculation load required for navigation calculations and obtain highly accurate position and speed information of the user through real-time processing. The purpose is to obtain equipment.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この発明に係る航法装置tは、カルマンフィルタをその
ままの形で使用し、共分散の伝播、伝播された共分散に
基つく伝播誤差修正用のカルマンゲインの計算、その結
果に基つく共分散の更新を行う代わりに、航法に使用す
る4個の航法支援用の人工衛星と利用者との間の幾何学
的関係から航法精度の指標となるパラメータであるGD
OP、 Vmaxの値を計算し、その値が各時点におい
てカルマンフィルタにより計算された共分散値の変化の
関数であることを利用し、上記パラメータの値の変化に
応じ、航法演算装置内のゲイン計算部において伝播誤差
修正用のゲインを決定し、状態量更新部においてカルマ
ンフィルタ型の情報処理機構を用い、利用者絶対位置、
速度の伝播誤差の修正を行おうとしたものである。
The navigation device t according to the present invention uses the Kalman filter as it is, propagates the covariance, calculates the Kalman gain for correcting the propagation error based on the propagated covariance, and updates the covariance based on the result. Instead, GD, which is a parameter that is an index of navigation accuracy, is calculated from the geometric relationship between the four navigation support satellites used for navigation and the user.
Calculate the value of OP, Vmax, and use the fact that the value is a function of the change in the covariance value calculated by the Kalman filter at each time point to calculate the gain in the navigation arithmetic unit according to the change in the value of the above parameter. The gain for correcting the propagation error is determined in the section, and the state update section uses a Kalman filter type information processing mechanism to calculate the user's absolute position,
This is an attempt to correct velocity propagation errors.

〔作 用〕[For production]

この発明における航法装置は、専用受信機により航法支
援のための人工衛星からの信号を受信し。
The navigation device according to the present invention receives signals from an artificial satellite for navigation support using a dedicated receiver.

その内容を復調、解読することにより求めた。航法支援
用の人工衛星の位置及び航法演算装置により求めた利用
者位置情報を基に、航法支援用の人工衛星の配置と利用
者との幾何学的関係と航法精度との関係を表すパラメー
タを計算し、最良の航法精度をもたらす観測可能な4衛
星を選択すると共に、ゲイン計算部において上記パラメ
ータの値に基つき決定した伝播誤差修正用のゲインを用
い。
It was determined by demodulating and deciphering the contents. Based on the position of the satellite for navigation support and the user position information obtained by the navigation calculation device, parameters representing the relationship between the placement of the satellite for navigation support, the geometric relationship with the user, and the navigation accuracy are calculated. The four observable satellites that provide the best navigation accuracy are selected, and the gain calculation unit uses the propagation error correction gain determined based on the above parameter values.

状態量伝播部にて利用者のグイナミクスモデルにより計
算された利用者の位置、速度の伝播誤差を。
The propagation error of the user's position and velocity calculated by the user's Guinamix model in the state quantity propagation section.

専用受信機により測定した9選択した4衛星と利用者間
の相対距離、速度情報を基に、カルマンフィルタ型の情
報処理機構を用いることによυ修正するものであるから
、従来のカルマンフィルタの計算に必要とされた。共分
散の伝播、更新、共分散に基づいたゲイン計算等を行う
事なく、利用者の位置、速度を高精度で実時間処理によ
り求めることが可能となる。
Based on the relative distance and speed information between the nine selected four satellites and the user measured by a dedicated receiver, υ is corrected by using a Kalman filter type information processing mechanism, so it is different from conventional Kalman filter calculations. It was needed. It becomes possible to obtain the user's position and velocity with high precision through real-time processing without propagating or updating the covariance, or performing gain calculations based on the covariance.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図、第2図において、(1)は地球、(2)は地球軌道
上を周回し、常時、特定コードによりスペクトラム拡散
変調された。自機の位置、速度を予混11.計算するた
めの情報を含んだ、絶対距離、速度を測定するための信
号を送出する航法支援用の人工衛星、(3)は航法支援
用の人工衛星を監視すると共に、航法支援用の人工衛星
より利用者に送出される信号中に含まれる。航法支援用
の人工衛星の位置、速度を計算するための情報を定期的
に各航法支援用衛星に対しアップロードする役割を持つ
地上局、(4)は利用者の装備すべき航法装置であり、
専用受信機(5)、航法演算装置(6)、航法結果表示
装置ααから構成される。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1st
In Fig. 2, (1) is the earth, and (2) is orbiting the earth, and is always spread spectrum modulated by a specific code. Premix the position and speed of your aircraft 11. A navigation support satellite that sends out signals to measure absolute distance and speed, including information for calculation; (3) is a navigation support satellite that monitors the navigation support satellite; included in the signal sent to the user. A ground station that has the role of regularly uploading information for calculating the position and speed of navigation support satellites to each navigation support satellite, (4) is a navigation device that the user should be equipped with,
It consists of a dedicated receiver (5), a navigation calculation device (6), and a navigation result display device αα.

(5)は航法支援用の人工衛星からの信号を受信し。(5) receives signals from satellites for navigation support.

スペクトラム逆拡散を行うことにより信号を復調し、オ
(j用者と航法支援用の人工衛星との間の相対距離、相
対速度を測定すると共に、信号中に含まれる航法支援用
の人工衛星の位置、速度計算用の情報を解読するだめの
専用受信機、(6)は利用者の絶対位置、速度を決定す
るための航法演算装置であり、利用者のダイナミクスモ
テルに基づき、利用者の位置、速度の計算を行う状態量
伝播部(7)。
The signal is demodulated by performing spectrum despreading, and the relative distance and velocity between the user and the navigation aid satellite are measured, and the navigation aid satellite included in the signal is (6) is a navigation calculation device for determining the user's absolute position and speed, and calculates the user's position based on the user's dynamics model. , a state quantity propagation unit (7) that calculates velocity.

利用者と航法支援用の人工衛星との幾何学的な関係を示
すパラメータを計算し、その値に基づいて位置、速度の
伝播誤差修正用のゲインを計算するゲイン計算部(8)
、その結果を基にカルマンフィルタ型の誤差修正機構に
より状態量伝播部(7)において計算された位置、速度
伝播誤差を修正する状態量更新部(9)より構成される
A gain calculation unit (8) that calculates parameters indicating the geometric relationship between the user and the navigation support satellite, and calculates gains for correcting propagation errors in position and velocity based on the parameters.
, and a state quantity updating unit (9) that corrects the position and velocity propagation errors calculated in the state quantity propagation unit (7) by a Kalman filter type error correction mechanism based on the results.

また、 (IQIは上記処理により得られた1選択され
た航法支援用の人工衛星の種類、その数や利用者の絶対
位置、速度などの航法演算結果を表示するための航法結
果表示装置である。
In addition, (IQI is a navigation result display device for displaying navigation calculation results such as the type and number of the selected navigation support satellites obtained by the above processing, the user's absolute position, and speed. .

また、第1図では航法支援用の人工衛星を構成する他の
装置9例えば航法用の専用の送信機、電源装置、姿勢制
御装置、トラッキング及びテレメトリコマンド装置、ガ
スジェット装置、あるいは構体などを必要とするが、こ
の発明の説明のためには直接関係がないので省略しであ
る。
In addition, in Figure 1, other devices 9 that make up the satellite for navigation support are required, such as a dedicated transmitter for navigation, a power supply device, an attitude control device, a tracking and telemetry command device, a gas jet device, or a body structure. However, since it is not directly relevant to the explanation of this invention, it is omitted.

(4)の航法装置においては、専用受信機(5)により
受信した航法支援用の人工衛星(2)からのスペクトラ
ム拡散変調された信号を復調し、信号の位相。
In the navigation device (4), the dedicated receiver (5) demodulates the spread spectrum modulated signal from the navigation support satellite (2) and determines the phase of the signal.

ドツプラーシフトを計測することにより、航法支援用の
人工衛星(2)と航法装置(4)を搭載した利用者との
間の相対距離、相対速度を測定すると共に。
By measuring the Doppler shift, the relative distance and relative speed between the navigation support artificial satellite (2) and the user carrying the navigation device (4) are measured.

信号中に含まれる航法支援用の人工衛星の位置。The location of the navigational aid satellite included in the signal.

速度計算用の情報を解読し、その結果を用いて。Decipher the information and use the results for speed calculations.

測定時の航法支援用の人工衛星の位置、速度を計算する
。測定された相対距離、相対速度は次式のように表され
る。
Calculates the position and speed of satellites used as navigation aids during measurements. The measured relative distance and relative velocity are expressed as follows.

相対距離−(Xs−X)”+(Ys−Y)”+(Zs−
Z)”+b+νi ・fit・・・(2) ただし。
Relative distance - (Xs-X)"+(Ys-Y)"+(Zs-
Z)”+b+νi ・fit...(2) However.

(Xs、 Ys、 Zs)  航法支援用の人工衛星の
位置(Vxs、 Vys、 Vzs)航法支援用の人工
衛星の速度(X、 Y、 Z)   利用者の位置(■
^Vy、 Vz)  利用者の速度b    利用者ク
ロックバイアス誤差n   利用者クロックドリフト誤
差 相対距離測定時のランダム誤差 相対速度測定時のランダム誤差 である。
(Xs, Ys, Zs) Position of satellite for navigation support (Vxs, Vys, Vzs) Speed of satellite for navigation support (X, Y, Z) User position (■
^Vy, Vz) User speed b User clock bias error n User clock drift error Random error when measuring relative distance Random error when measuring relative speed.

航法支援用の人工衛星と利用者間の距離は、航法支援用
の人工衛星のクロックによυ与えられる信号送信時刻と
、利用者の専用受信機のクロックによって与えられる信
号送信時刻と、利用者の専用受信機のクロックによって
与えられる信号受信時刻の差により決定されるため、航
法支援用の人工衛星及び利用者の専用受信機のクロック
誤差も11+、+21式に示すように相対距離、相対速
度測定誤差の一要因となる。
The distance between the navigation aid satellite and the user is determined by the signal transmission time given by the navigation aid satellite's clock, the signal transmission time given by the user's dedicated receiver clock, and the user's Since it is determined by the difference in the signal reception time given by the clock of the dedicated receiver of the satellite, the clock error of the satellite for navigation support and the dedicated receiver of the user is also determined by the relative distance and relative speed as shown in equations 11+ and +21. This is a cause of measurement error.

そのため、この人工衛星を用いた航法システムにより位
置、速度の決定を高精度に行うためには。
Therefore, in order to determine position and speed with high precision using a navigation system using this artificial satellite.

利用者のクロック誤差も合わせて推定することが必要と
なり、そのために4個の航法支援用の人工衛星を使用す
ることが必要となる。
It is also necessary to estimate the user's clock error, and for this purpose it is necessary to use four satellites for navigation support.

このとき、最良の航法結果を与える4個の航法支援用の
人工衛星を選択するために、航法演算装置(6)内の状
態量伝播部(7)において計算された現時点の利用者位
置及び受信信号中に含まれる情報を基に専用受信機(5
)にて計算した航法支援用の人工衛星位置を用い、利用
者より観測可能な航法支援用の人工衛星(2)を選択し
、その中からGDOP、 あるいはGDOPと反比例の
関係にある航法支援用の4個の人工衛星とオU用者の作
る四面体の体積を。
At this time, in order to select the four navigation support satellites that give the best navigation results, the current user position and the reception Based on the information contained in the signal, a dedicated receiver (5
), select the navigation support satellite (2) that is observable by the user, and select the navigation support satellite (2) that is observable by the user, and select the navigation support satellite (2) that is inversely proportional to GDOP or GDOP. The volume of the tetrahedron created by the four satellites and the user.

最適な4個の衛星を選択するための評価基準としてオリ
用する。
This will be used as an evaluation standard for selecting the four optimal satellites.

(]DOPは山式で与えられる4衛星と利用者との間の
相対距離情報より、最小自乗法により利用者位置、クロ
ック誤差を推定したときの推定誤差の共分散ヲ示f4ノ
テ6 リ、 NAVIGATION(VOL、25゜ム
2. SUMMER,1978)によると、利用者位置
から航法支援用の衛星位置に向かう単位ベクトルをそれ
ぞれ、 e;(i=1.4)とすると2次式により表わ
すことが出来る。
(]DOP indicates the covariance of the estimation error when estimating the user position and clock error using the least squares method from the relative distance information between the four satellites and the user given by the mountain formula f4 Note 6 According to NAVIGATION (VOL, 25゜2. SUMMER, 1978), if the unit vectors from the user's position to the satellite position for navigation support are e; (i = 1.4), they can be expressed by a quadratic equation. I can do it.

GDOP = 57;ア;7;W・・・・・・(3)こ
こで、 6xx”、 6yy2.6zz2は航法支援用
の衛星と利用者間の幾何学的配置による利用者位置の推
定誤差共分散kn 6tt”はクロック誤差の推定誤差
共分散を示している。
GDOP = 57; A; 7; W... (3) Here, 6xx", 6yy2.6zz2 is the estimated error of the user's position due to the geometric arrangement between the navigation support satellite and the user. The variance kn 6tt'' indicates the estimated error covariance of the clock error.

また (Itは行列Gの転置行列を、o−1は行列Gの
逆行列を示す。
Also, (It indicates the transposed matrix of the matrix G, and o-1 indicates the inverse matrix of the matrix G.

従って、最良の航法精度を与える航法支援用の衛星の組
合せは、(IDOPの値が最小になる組合せとなる。し
かし、  (31,(41,(51式より判るようにG
DOPの計算は面倒である。
Therefore, the combination of navigation support satellites that provides the best navigation accuracy is the combination that minimizes the IDOP value. However, (31, (41, (as seen from equation 51, G
Calculating DOP is tedious.

NAVIGATION(VOL、25. A2. SU
MIIR,1978)によれば、利用者から航法支援用
の人工衛星までの単位ベクトルeH(i−1,4)の頂
点を結んで作られる4面体の体積■と、GDOPとの間
には。
NAVIGATION (VOL, 25.A2.SU
According to MIIR, 1978), there is a relationship between GDOP and the tetrahedral volume ■ created by connecting the vertices of the unit vector eH (i-1, 4) from the user to the navigation support satellite.

GDOP・1/V・・・・・・・・・・・・・ (6)
の関係がある。ここで、〜は比例関係を表す記号である
GDOP・1/V・・・・・・・・・・・・ (6)
There is a relationship between Here, ~ is a symbol representing a proportional relationship.

従って、上記体積が最大値Vmax kとる4個の航法
支援用の人工衛星を選択することによっても。
Therefore, by selecting four navigation aid satellites whose volumes take the maximum value Vmax k.

最良の航法精度を与える航法支援用の衛星の組合せを決
定することが出来る。
The combination of navigation aid satellites that provides the best navigation accuracy can be determined.

ところで1通常のカルマンフィルタの処理は次式に従っ
て行われる。
By the way, 1. Normal Kalman filter processing is performed according to the following equation.

状態量、共分散の伝播 x = f (x)・・・・・・・・・・・・・・・・
 (7)会=FP+PFt+Q・・・・・・・・・・・
・ (8)カルマンゲインの計算 K ・PHt(HPHt+ R)・’  ・・・・・・
・・・・ +91状態量、共分散の更新 X+=XL+K(Z・h(Xj)・・・・・・・・・ 
叫P+=(I・KH)P・・・・・・・・・・・ 11
1ここで、十の記号は更新後を、−の記号は更新前を表
す。
Propagation of state quantity and covariance x = f (x)・・・・・・・・・・・・・・・
(7) Society=FP+PFt+Q・・・・・・・・・・・・
・ (8) Kalman gain calculation K ・PHt(HPHt+R)・' ・・・・・・
・・・・・・ +91 state quantity, covariance update X+=XL+K(Z・h(Xj)・・・・・・・・・
Scream P+=(I・KH)P・・・・・・・・・・・・ 11
1 Here, the 10 symbol indicates after update, and the - symbol indicates before update.

また。Also.

X 推定状態量(位置、速度、クロックバイアス。X Estimated state quantities (position, speed, clock bias.

クロブクドリフト) f (x)利用者のダイナミクスモデルP 状態量誤差
共分散 2 観測値(航法支援用の人工衛星と利用者との間の相
対距離、相対速度) h(x)推定状態量を用いた観測値予測値Q プロセス
ノイズ R観測誤差行列 K カルマンゲイン行列 ■ 単位行列 ここで、 NAVIGATION(VOL、 25. 
A 2. SUMMER。
(Kurobuku Drift) f (x) User's dynamics model P State quantity error covariance 2 Observed value (relative distance, relative speed between navigation support satellite and user) h(x) Estimated state quantity Used observed value predicted value Q Process noise R Observation error matrix K Kalman gain matrix ■ Unit matrix Here, NAVIGATION (VOL, 25.
A2. SUMMER.

1978)によると、 GDOP、 Vmaxの値U、
  +31.(6)式より明らかなように9選択した4
個の航法支援用の人工衛星を使用したときに最小自乗法
により得られる。各時点における航法精度誤差共分散の
関数である。この性質を利用し2通常のカルマンフィル
タのように(8)式により共分散を伝播し、その結果に
基つき(9)式により伝播誤差修正用のゲインを計算す
る代わりに、上記パラメータを利用し、ゲイン計算部(
8)においてGDOP、Sるいi! Vmaxの値に基
づき次式によりカルマンゲインを近似的に決定する。
(1978), the value U of GDOP, Vmax,
+31. As is clear from equation (6), 9 selected 4
It is obtained by the least squares method when using four navigational aid satellites. It is a function of the navigation accuracy error covariance at each time point. Utilizing this property, instead of propagating the covariance using equation (8) and calculating the gain for correcting the propagation error based on the result using equation (9) as in a normal Kalman filter, the above parameters can be used. , gain calculation section (
8) GDOP, Srui! Based on the value of Vmax, the Kalman gain is approximately determined by the following equation.

K・Fl(GDOP)Ht(HF、(GDOP)H’+
R)・’  ・・・ O力に=F2(Vmax)Ht(
HF2(Vmax)H’+R)・’  ・・・ Q31
ここで、 FB (GDOP )、 p2(Vmax)
は状態量誤差共分散行列P ’i GDOP及びVm 
axの関数として近似的に表現することにより得られる
ゲイン行列である。
K・Fl(GDOP)Ht(HF,(GDOP)H'+
R)・'... O force=F2(Vmax)Ht(
HF2(Vmax)H'+R)・'...Q31
Here, FB (GDOP), p2 (Vmax)
is the state quantity error covariance matrix P'i GDOP and Vm
This is a gain matrix obtained by approximately expressing it as a function of ax.

Q21.(131式で表わされたゲインを用い、状態量
伝播部(9)において利用者のダイナミクスモデルを用
いて(7)式により計算された利用者の位置、速度の誤
差を、状態量更新部(9)において叫式のカルマンフィ
ルタ型の誤差修正機構を用いて修正する。
Q21. (Using the gain expressed by equation 131, the error in the user's position and velocity calculated by equation (7) using the dynamics model of the user in state quantity propagation unit (9) is transmitted to state quantity updating unit. In (9), correction is performed using a Kalman filter type error correction mechanism.

この結果、(7)弐〜αυ式で表わされる通常のカルマ
ンフィルタの処理に代わり、 171.1u11. (
IZ、 (13)式のみを用いることにより、利用者の
絶対位置、速度を決定することが出来、従来のカルマン
フィルタの計算に必要とされた。(8)式の共分散の伝
播、 (111式の共分散の更新、(9)式の共分散に
基ついたゲイン計算を省略することが出来る。
As a result, instead of the normal Kalman filter processing expressed by equation (7) 2~αυ, 171.1u11. (
By using only IZ, equation (13), the user's absolute position and velocity can be determined, which was required for conventional Kalman filter calculations. It is possible to omit covariance propagation in equation (8), covariance update in equation (111), and gain calculation based on covariance in equation (9).

さらに、ここでは誤差修正用のゲインを計算するために
、定期的に利用者と航法支援用の人工衛星との間の幾何
学的関係と航法精度との関係を示すパラメータを機上で
計算する場合について説明したが、これは、利用者の飛
行経路が予め明らかになっている場合には、事前にその
11を計算し。
Furthermore, in order to calculate the gain for error correction, parameters indicating the relationship between the geometric relationship between the user and the navigation support satellite and the navigation accuracy are periodically calculated onboard the aircraft. As explained above, in this case, if the flight route of the user is known in advance, 11 is calculated in advance.

計算結果に基づき伝播誤差修正用のゲインを予め決定し
ておくことを妨げるものではなく1本実施例に比べ一層
の計算速度の高速化、計算負荷の低減化、計算アルゴリ
ズムの低減化を図ることが出来る。
This does not prevent the gain for correcting the propagation error from being determined in advance based on the calculation result, but the purpose is to further increase the calculation speed, reduce the calculation load, and reduce the calculation algorithm compared to the present embodiment. I can do it.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のようにこの発明に係わる航法装置は、カルマンフ
ィルタを用いた従来の航法演算装置も計算負荷の多い、
共分散の伝播、更新、共分散に基づいたゲイン計U部分
を省くことが出来るため。
As described above, the navigation device according to the present invention has a large calculation load compared to the conventional navigation calculation device using a Kalman filter.
This is because covariance propagation, updating, and the covariance-based gain meter U part can be omitted.

大幅な演算量の低減、それに伴う処理の簡素化。Significant reduction in the amount of calculations and associated simplification of processing.

高速化が達成できる。High speed can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図、第2図はこの発明による地球観測装置を示す図
、第3図、第4図は従来の航法支援用の人工衛星をオリ
用した航法装置を示す図でちる。 (1)は地球、(2)は航法支援用の人工衛星、(3)
は地上モニタ局、(4)は利用者の装備すべき航法装置
。 (5)は専用受信機、(6)は航法演算装置、(7)は
状態量伝播部、(8)はケイン計算部、(9)は状態量
伝播部。 QQIは航法結果表示装置、ODは共分散伝播部、O2
は共分散更新部。 なお1図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
1 and 2 are diagrams showing an earth observation device according to the present invention, and FIGS. 3 and 4 are diagrams showing a conventional navigation device using an artificial satellite for navigation support. (1) is the earth, (2) is an artificial satellite for navigation support, (3)
is a ground monitoring station, and (4) is a navigation device that the user should be equipped with. (5) is a dedicated receiver, (6) is a navigation calculation device, (7) is a state quantity propagation unit, (8) is a Kane calculation unit, and (9) is a state quantity propagation unit. QQI is a navigation result display device, OD is a covariance propagation unit, O2
is the covariance update part. In addition, in FIG. 1, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)異なった地球周回軌道上にある複数の人工衛星に
、正確なクロック及びスペクトラム拡散変調の可能な送
信機を搭載することにより航法支援のための人工衛星と
なし、自機の位置、速度情報を含んだメッセージを特定
コードによりスペクトラム拡散変調した後、地球方向に
送出し、地球表面上、空中、あるいは宇宙空間において
専用の受信機により信号を受信、復調し、信号を送出し
た人工衛星の位置・速度情報と共に、受信信号の位相、
トップラーシフトの測定により航法支援用の人工衛星と
専用の受信機を搭載した利用者との間の相対距離、速度
情報を取得し、航法演算装置にて、これらの情報を処理
することにより利用者の絶対位置、速度の決定を行う航
法装置において、航法演算装置内の状態量伝播部におい
て、利用者の運動を記述したダイナミクスモデルにより
伝播された利用者絶対位置・速度の予測誤差を、航法用
に選択された4個の航法支援用の人工衛星と利用者との
間の幾何学的な関係と、選択した4個の航法支援用の人
工衛星と利用者間の測距データを使い最小自乗法により
位置推定を行ったときの航法精度との関係を示すパラメ
ータであるGDOP(GeometricDilutr
icofPrecision)の値に応じ決定される伝
播誤差修正用のゲインを用い、カルマンフィルタ型の情
報処理機構を使用することにより定期的に修正し、利用
者の絶対位置、速度を高精度で実時間処理により決定す
ることを特徴とする航法装置。
(1) By equipping multiple satellites in different earth orbits with accurate clocks and transmitters capable of spread spectrum modulation, they can be used as navigational support satellites, and their own position, speed, etc. After a message containing information is spread spectrum modulated using a specific code, it is sent toward the earth, and the signal is received and demodulated by a dedicated receiver on the earth's surface, in the air, or in outer space. Along with position and speed information, the phase of the received signal,
Relative distance and speed information between a navigation support satellite and a user equipped with a dedicated receiver is obtained by measuring the Toppler shift, and this information is used by processing this information with a navigation calculation device. In a navigation device that determines the user's absolute position and speed, the state quantity propagation unit in the navigation calculation device calculates the prediction error of the user's absolute position and speed propagated by the dynamics model that describes the user's movement. Using the geometric relationship between the four navigation support satellites selected for the purpose of the project and the user, and the distance measurement data between the four selected navigation support satellites and the user, GDOP (Geometric Dilutr) is a parameter that indicates the relationship with navigation accuracy when position estimation is performed using the square method.
The user's absolute position and velocity can be calculated with high accuracy through real-time processing, using a propagation error correction gain determined according to the value of icofPrecision, and periodically correcting it using a Kalman filter type information processing mechanism. A navigation device characterized by determining.
(2)上記航法装置において、航法演算装置内の状態量
伝播部において、利用者の運動を記述したダイナミクス
モデルにより伝播された利用者絶対位置・速度の予測誤
差を、GDOPとは反比例関係にある、航法用に選択さ
れた4個の航法支援用の人工衛星位置、利用者位置をそ
の頂点とする四面体の体積をもって、航法用に選択され
た4個の航法支援用の人工衛星と利用者との間の幾何学
的な関係と、そのときの航法精度との関係を示すパラメ
ータとなし、この値に基づき決定された伝播誤差修正用
のゲインを用い、カルマンフィルタ型の情報処理機構を
使用することにより定期的に修正し、利用者の絶対位置
、速度を高精度で実時間処理により決定することを特徴
とする航法装置。
(2) In the above navigation device, the prediction error of the user's absolute position/velocity propagated by the dynamics model that describes the user's motion in the state quantity propagation section in the navigation calculation device is inversely proportional to GDOP. , the positions of the four navigation aid satellites selected for navigation, and the volume of the tetrahedron with the user position as its apex, the four navigation aid satellites selected for navigation and the user. A Kalman filter-type information processing mechanism is used, using a gain for propagation error correction determined based on the parameter indicating the geometric relationship between A navigation device characterized in that the user's absolute position and speed are determined with high precision through real-time processing, and the absolute position and speed of the user are determined periodically.
JP63129006A 1988-05-26 1988-05-26 Navigation equipment Expired - Fee Related JPH089360B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63129006A JPH089360B2 (en) 1988-05-26 1988-05-26 Navigation equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63129006A JPH089360B2 (en) 1988-05-26 1988-05-26 Navigation equipment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01297400A true JPH01297400A (en) 1989-11-30
JPH089360B2 JPH089360B2 (en) 1996-01-31

Family

ID=14998825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63129006A Expired - Fee Related JPH089360B2 (en) 1988-05-26 1988-05-26 Navigation equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH089360B2 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6140578A (en) * 1984-07-20 1986-02-26 ドイチエ、フオルシユンクス・ウント・フエルザハザンシユタルト、ヒユール、ルフト・ウント・ラオムフアールト、アインゲトウラゲナー、フエライン Navigation system using satellite

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6140578A (en) * 1984-07-20 1986-02-26 ドイチエ、フオルシユンクス・ウント・フエルザハザンシユタルト、ヒユール、ルフト・ウント・ラオムフアールト、アインゲトウラゲナー、フエライン Navigation system using satellite

Also Published As

Publication number Publication date
JPH089360B2 (en) 1996-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6860023B2 (en) Methods and apparatus for automatic magnetic compensation
JP3907170B2 (en) Navigation system and method for tracking the position of an object
US8600660B2 (en) Multipath modeling for deep integration
EP1988408B1 (en) Positioning system, positioning method and car navigation system
EP1690067B1 (en) System and method for using multiple aiding sensors in a deeply integrated navigation system
US5883817A (en) Method and apparatus for precise positioning of large structures
EP2909579B1 (en) Surveying system and method
TW479145B (en) Terrain navigation apparatus for a legged animal traversing terrain
EP4303630A2 (en) Gnss and inertial navigation system utilizing relative yaw as an observable for an ins filter
EP2264485A1 (en) Method for analysing moving object continuous trajectory based on sampled GPS position
CN110095800A (en) A kind of self-adapted tolerance federated filter Combinated navigation method of multi-source fusion
US20130211713A1 (en) Moving platform ins range corrector (mpirc)
JPH04369492A (en) Gps position measurement device
JP2000502802A (en) Improved vehicle navigation system and method utilizing GPS speed
CN110221332A (en) A kind of the dynamic lever arm estimation error and compensation method of vehicle-mounted GNSS/INS integrated navigation
US20090128405A1 (en) Method and Device for Determining the Group Position of a Mobile Object, in Particular an Aircraft on an Airport
WO2005124278A1 (en) Personal navigation using terrain-correlation and/or signal-of-opportunity information
US6166684A (en) Artificial satellite navigation system and method
CN112432642B (en) Gravity beacon and inertial navigation fusion positioning method and system
JPH0613977B2 (en) Vehicle guidance device
RU2277696C2 (en) Integrated satellite inertial-navigational system
JP2012202749A (en) Orientation detection device
JPH01297400A (en) Navigation device
JP3569015B2 (en) GPS navigation device
JPH05333132A (en) Gps positioning method and device

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees