JPH01501087A

JPH01501087A - 精密なダイナミック差分位置把握方法

Info

Publication number: JPH01501087A
Application number: JP62503181A
Authority: JP
Inventors: ハツチ，ロナルド　アール．
Original assignee: マグナヴオクス　エレクトロニック　システムズ　カンパニー
Priority date: 1986-05-01
Filing date: 1987-04-30
Publication date: 1989-04-13
Anticipated expiration: 2013-02-10
Also published as: EP0264440A4; CA1268239A; KR960000795B1; JP2711255B2; DE3776260D1; AU7435687A; US4812991A; EP0264440B1; EP0264440A1; WO1987006713A1; IL82387A; IL82387A0; KR880701382A; AU590856B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】精密なダイナミック差分位置把握方法及び装置説明の要約或る地点に固定した受信器を基準にして、遠隔地の移動可能な受信器の位置座標を迅速かつ正確に測定する方法及び装置。

この方法は４ヶ又はそれ以上の数の軌道飛行中のＧＰＳ衛星から発信された搬送波信号Ｌ，及びＬ２の連続した符号測定値と搬送波位相測定値を用いる。各衛星／受信器系に於ける搬送波信号Ｌ，及びＬ２の符号測定値の加重平均に基づく符号測定値を対応する確送波位相に応して調整して搬送波差信号Ｌ１−Ｌ２をめ、更に或る時間に亘って平滑する。これにより遠隔地の受信器の位置座標を次第にその精度を増しながら迅速に測定できる。処理開始後２分か３分で通常の搬送波位相処理が実行でき１センチ以内の精度で位置測定が行える。

発明の背景本発明は複数の軌道飛行衛星から発射された信号を用いる位置把握方式に関し、特に位置座標が分っている受信器を基準にして遠隔地に在る受信器の位置座標を測定する衛星準拠の差分位置把握方式に関する。

全地球位置把握システム（ＧＰＳ）の如き衛星準拠の位置把握方式が受信器の位置座標を正確かつ精度良く測定するのに現在非常に広く用いられている。これらの方式は応用分野が非常に広く、測定に費す時間によって受信器の位置をセンナメートル以下の精度まで測定できる。

ＧＰＳでは、明確に定められた極軌道に沿って地球を周回する多数の衛星がその軌道上の位置を正確に示す信号を常に発信している。各衛星はふたつの被変調搬送波信号を発信する。これらの信号をここではＬｌ、及びＬ２とする。夫々の衛星からの信号はすべてふたつの同じ周波数で発信されるが各衛星毎に独自の凝似ランダムディジクル符号で変調されている。各衛星信号は積重な内部クロックに基づくものである。受信器は重畳された被変調＆送波信号Ｌ１及びＬ２を検出し、各検出信号の符号及び搬送波位相のいずれか一方又は両方を受信器自身の内部クロｒツクを基準にして測定する。これらの検出された符号及び彦送波位相を用いて受信器の位置座標を測定できる。

絶対位置把握方式、即ち、成る受信器の位置座標を近隣の基準受信器に関係なく測定する方式では、位置測定は電離層による誤差を伴う。電離層により被変調信号は群遅延を生じ被変調符号の検出が遅れる。この結果、信号発信衛星の位置が実際よりも更に遠くにあるように見えることになる。この誤差は通常は１０メートル位であるが数１００メートルにもなることがある。

これとは対照的に同じ電離層により搬送波信号の位相が進み、その大きさは検出された符号位相の遅れの大きさと等しい。電離層によって生じる距離測定誤差は信号り、及びＬ２の＆送波位相測定地の適当な組合せに応じて信号ＬＩ及びＬ２の符号測定地を調整することにより補正できる。このような方法は、ロナルド・アール・ハツチ著ｒＧＰｓ符号及び搬送波測定の相乗作用」、マグナヴオックス・テクニカル・ペーパー、ＨＸ−ＴＭ−３３５３−８２，１９−８２年１月発行に述べられている。

上記の電離層による測定誤差補正方法は絶対位置把握方式に於いて電離層による距離測定誤差を無くす点では略々満足できるが、全面的に満足すべきものでないことが分った。その理由は補正処理によりノイズレベルが著しく上ることと、一般にこの補正処理では、十分正確な測定値を得るには非常に多くの独立した測定値を処理しなければならないからである。

しばしば位置座標が分っている基準地点に配置された基準受信器が遠隔地にある受信器と同時に衛星信号を受信することがある。もし基準受信器とそれから離れたところにある受信機器との間の距離が十分短い、例えば５０〜１００キロ以内ならば、Ｗ離層は両方の受信器で受信する各種の衛星信号に対し略々等しい影響を与えると考えられる。この場合、ふたつの受信器で同時に受信した信号を適当に組み合わせれば、電離層による誤差発生の影響を略々取除くことができ、その結果、基準受信器の位置座標に基づいて遠隔地の受信器の位置座標を正確に測定できる。

基準受信器及び遠隔地の受信器により同時に受信した信号を適当に組み合わせ、それにより電離層による誤差発生の原因を取除くためには、遠隔地の受信器の位置標の初期予測をする必要がある。この受信器の初期の相対的位置を得る最も簡単な方法は予め測量した標識地点に受信器を配置することである。然しなから残念なことにそのような標識地点は必らずしも利用できるとは限らない。基準となる受信器の位置座標に対して遠隔地の受信器の初期の位置座標を測定する他の方法は両方でＢ送波信号Ｌ１の検出を続けながらふたつの受信器についてアンテナを交換することである。このようにすると、ふたつのアンテナ間の相対的移動距離が見掛は上それらの間のベクトル距離の２倍となる。この見掛けの移動距離は半分にすることができ、”ふたつの受信器間の初期オフセット値として用いることができる。

上述の初期相対位置決定方法の両方とも、検出中の搬送波信号り、の数がロックの喪失か信号径路の障害かで４ケ以下となると処理を繰返し行わなければならない欠点が有る。これは一般に非常に多くの時間がかかるので望ましいことではない。

差分位置把握方式に於いて遠隔地の受信器と基準となる受信器の初期相対位置を測定する方法として過去に提案された他の方法は、遠隔地の受信器をその位置座標が約１０センチ以内の精度で再び得られるまで一定の地点にとどめておく方法である。

これによれば、＆送波信号り、及びＬ２の位相及び符号測定値を処理する普通の固定地点位置把握方法を利用できる。然しなから残念なことにこれらの方法では一般に所望の精度を得るのに最低１０分の時間が必要である。

従って、遠隔地の受信器の移動に如何なる条件も加えることなく、また、不必要に時間をかけることもなく、一定の地点に固定された受信器を基準として遠隔地に在る受信器の初期位置座標を測定する装置及び方法がめられていることが理解できるであろう。

光里■互！本発明は遠隔地に在る受信器の初期の移動に何等の条件も課すことなく、その初期の位置測定に不必要に時間をかけることなく位置座標が分っている受信器を基準として遠隔地の受信器の位置座標を測定する装置及びそれに関連する方法である。本発明の方法では、多数のＧＰＳ衛呈より発信された被変調搬送波信号Ｌ１及びり、の両方を用いる。検出搬送波信号の数が瞬間的に所要の数より少くなったとしても、本発明の方法によれば、遠隔地の受信器の移動に同等特別な条件を加えることなく、また不当な時間遅れも生ずることなく遠隔地の受信器の位置座標を再び測定することができる。

本発明の方法に於いては、最初のステップで一連の時点毎に基準となる受信器及び遠隔地に在る受信器両方から４ケ又はそれ以上のＧＰＳ衛星夫々までの距離を測定する。この最初の測定ステップには、各衛星／受信器系について各時点で符号測定値を得るために信号し、及びＬ２の符号を検出するステップと各衛星／受信器系について各時点で搬送波位相測定値を得るために信号り、及びＬ２の搬送波位相を検出するステップとを含む。これらの連続する符号測定値を、それと同時点の対応するθ送波位相測定値とそれ以前のすべての時点での符号及び位相測定値に応じて平滑化する。これにより各衛星／受信器系について各時点で＆送波調整符号測定値が得られる。

次に基準受信器についての平滑化された＆送波調整符号測定値を、平滑化された符号測定値夫々に対する誤差値を得るために基準受信器の既知の位置座標及び４ケ又はそれ以上の衛星の既知の軌道に基づく理論的な距離の値と比較する。これらの誤差値に基づいて衛星のクロック誤差が測定される０次に、各衛星についての一連の補正距離測定値を得るために遠隔地の受信器についての連続する平滑化された符号測定値を調整して衛星のクロック誤差の影響を取除く。最後に遠隔地点の予測位置座標は補正した距離測定値の誤差が最小となるような位置座標であると決定する。

更に本発明によれば、測定の最初のステップで得た符号測定値は、個別に検出した信号り、及びＬ２の符号の加重平均を算出して得る。このようにすればノイズレベルが個々の信号り。

及びり、の符号測定値のレベルよりも低下する。更に、これらの符号レンヂ測定値を信号Ｌ１及びＬ２の搬送波位相測定値の位相差に応して調整できる。この位相は搬送波信号Ｌ１及びＬ２夫々の波長よりも非常に長い波長を表わしており、これにより各基の全サイクル数をより迅速に測定でき、従って遠隔地の受信器の位置座標をより迅速にかつより精度良く測定できることになる。

更に本発明によれば、平滑化ステップは、各符号測定値の期待値を、対応するそれ以前の時点についての平滑化された符号測定値及び対応する同一時点とそれ以前の時点についての搬送波位相測定値に基づいて算出するステップから始めることができる。現時点に関する平滑化された符号測定値は現時点の符号測定値の加重平均及びそれらに対応する符号測定期待値を算出すれば得られる。

位置座標を測定する最終ステップは、前述の平滑化された符号測定値を調整するステップで得られた補正レンジ値と理論的なレンジ値との差分を、遠隔地の受信器位置座標の予測値と既知の衛星軌道とに基づいてとるステップから始めることができる。この処理により各時点での誤差値が得られる。次にこの誤差値が最小となるように遠隔地の受信器位置座標の予測値を調整する。この方法は、位置座標をそれ以前の時点での調整予測値に基いて予測しながら実時間で反復して行うことができる。

更に本発明によれば、遠隔地の受信器についての信号Ｌ１及びＬ２の搬送波位相測定値と前述の調整ステップで得られた対応する補正レンジ測定値との差分をとることにより遠隔地の受信器の位置座標を更に正確に予測できる。この処理により各時点での誤差値が得られる。そこでこの誤差値が最小となるような位置座標を各時点について測定できる。更にこの同じ処理を最初に信号り、又はＬ２の搬送波位相測定値を用い次に信号り、及びＬ２の＆送波位相測定値を用いて行うことにより位置測定の精度を更に高めることができる。

本発明の他の特徴及び利点は、本発明の原理を例示する添附図面を参照して好ましい実施例を以下に詳細説明するところから明らかになるであろう。

皿型Ω里車至翌里第１図は位置座標が分っている基準地点に配置された受信器と位置座標が未知の遠隔地点に配置された移動可能な受信器とを有し、これら受信器が遠隔地点の位置座標を測定するために４ケ又はそれ以上の軌道飛行衛星からの信号を検出するダイナミック差分位置把握方式の路線図（ｎｏｔ　ｔｏ　５ｃａｌｅ）で、第２図は第１図に示す遠隔地の移動可能な受信器の位置座標を実時間で正確に測定するに際して本発明の装置が実行する演算ステップを簡略に示すフローチャートで、更に、第３図は如何に連続する符号測定値を平滑化してその精度を上げるかを示す路線図である。

−しい　の量゛添附の図面に示すように、本発明は複数の軌道飛行衛星（１３）からの信号を用いて遠隔地の移動可能な受信器（１１）の位置座標を正確に測定する装置に通用する。この装置は全地球位置把握システム（ＣＰ’Ｓ）に組込んで特に有効であり、各衛星は夫々異なる擬似ランダムディジタル符号で変調したふたつの搬送波信号Ｌ＋及びり、を発信する。基準となる受信器（１５）は位置座標が分っている基準地点に配置され、この地点は遠隔地の移動可能な受信器（１１）から５０〜１００キロも離れて設定できる。

図面では４ケの衛星が示されており、従って８本の系（１７）が衛星と２台の受信器との間に形成される。

４ケの衛星（１３）からの搬送波信号り、及びＬ２はふたつの同じ周波数で発射されるが、各搬送波信号は夫々独自の擬似ランダムディジタル符号で変調されている。遠隔地の受信器（１１）及び基準受信器（１５）は重畳された到来被変調搬送波信号を受信するアンテナ（１９）及び（２１）を夫々有し、受信器は受信信号を互いに分離し各到来信号の符号位相と搬送波位相とを測定する。これらの符号位相と搬送波位相測定値は夫々の受信器（１１）及び（１５）から線路（２３）及び（２５）を介してデータ処理装置（２７）に送られて位置測定に用いられる。

遠隔地の受信器（１１）と基準受信器（１５）は連続して符号及び搬送波位相測定を行う０例えば、一連の新しい測定値を３秒毎に線路（２３）及び（２５）を介してデータ処理装置（２７）に送ることができる。

データ処理装置（２７）は線路（２３）及び（２５）を介して受信するこれらの連続する符号及び搬送波位相測定値を実時間で処理して順次より正確な位置測定を行う。ここで注意すべきことは、遠隔地の受信器（１１）の移動がデータ処理装置の実行するアルゴリズムによって何等の拘束も受けないことである。測定が順次行われている間この受信器は自由に移動でき、一方データ処理装置では順次より正確な位置測定値を得る。データの処理開始後２分から３分とゆう短時間で約１センチ以内の測定精度が得られる。

遠隔値の受信器の位置座標をこのように迅速に測定できまたその受信器の位置移動に何等の初期拘束を必要としないのは、連続する符号及び搬送波位相測定値を特別なアルゴリズを用いて組み合わせるからである。特に、特別なふたつのステップを使って測定の精度と速度を高める。第１に、ノイズを減少させるため各衛星／受信器系（１７）での信号り、及びＬ２の符号測定値を平均化する。第２に、各衛星／受信器系での信号り、及びＬ２のＢ送波位相測定値の差分をとり信号り、及びＬ２の搬送波の波長よりも可成り大きな実行波長を得る。これによって各基に於ける全搬送波サイクル数を確認する時間が短くなり、従って信号Ｌ＋の通常のθ送波位相測定が早められる。

本発明の好ましい方法は第２図について述べることから更に良く理解されるであろう。第２図は遠隔地の受信器の位置座標を正確に測定するためのステップを簡略化して示す。

最初のステップ（３１）では、基準受信器（１５）及び遠隔地の受信器（１１）が４ケ又はそれ以上の衛星（１３）のすべてから発射された＆送波信号Ｌ１及びＬ２両方の現在の符号とＢ送波位相を測定する。これらの測定は現在受信中の信号について行われ後でこのステップ（３１）が行われる時に再び繰返される。その都度、搬送液位相測定値は従来の方法で圧縮することができ、それによって連続測定値に於ける位相ノイズの大きさが小さくなる。例えば測定値は２００ミリ秒毎に得ることができ３秒に一度更新される平均値に圧縮できる。

次のステップ（３３）では、各衛星／受信器系（１７）毎にひとつの符号測定値を得るために各県での信号り、及びＬ２の符号測定値を互いに平均する。これにより測定値の実行ノイズが減少し約１．４の実効利得が得られる。信号Ｌｌ及びＬ２の測定値を組み合わせて以下のように周波数加重平均を得るのが好ましい。

Ｐ　（−１＝　（Ｌ　、　寧　Ｐ　ｒ　＋　Ｌｚ　＊　Ｐｇ）／　（ＬＩ　＋　Ｌｘ　）但し、Ｐ　（ｎ）　＝　ｎ番目の時点での加重平均符号測定値り、＝搬送波信号ＬＩの周波数り、＝搬送波信号Ｌ２の周波数Ｐ、＝ｎ番目の時点での信号り、の符号測定値Ｐ、＝ｎ番目の時点での信号Ｌ２の符号測定値次のステップ（３５）では、搬送波信号り、の波長（即ち１．９センチ）又は搬送波信号Ｌ２の波長（即ち２４センチ）のいずれかよりも可成り長い波長（即ち８６センチ）を有する差分搬送液についての位相測定値を得るために夫々対応する対の信号り。

及びＬ２のＬ）送波位相測定値の差分をとる。これを方程式で表わすと次のようになる。

Ｃ（ｎ）＝Ｃ３Ｃｍ但し、Ｃ（ｎ）＝ｎ番目の時点での（ＬＩ−Ｌ２）の搬送液測定値ｃ、　＝ｎ番目の時点での信号Ｌ１の仔送波位相測定値Ｃ，＝ｎ番目の時点での信号Ｌ２の椴送波位相測定値このように差分Ｂ送波の位相測定値は非常に粗いので、各県に存在する全Ｂ送波差分サイクル数のより迅速な測定が容易になる。この測定により最終的には遠隔地の受信器の位置座標を最高の精度で迅速に測定できることになる。

本発明の方法の次のステップ（３７）では、各衛星／受信器系（１７）毎に現時点での所謂平滑化されたレンヂ値をめる。この平滑化されたレンヂ値は、（ステップ（３３）で得た）現在の符号測定値と、（ステップ（３７）で得た）それ以前の時点についての平均符号測定値に基づき更に（ステップ（３７）で得た）現時点及びそれ以前の時点についてのＢ送波位相測定値の差で調整された符号測定期待値との加重平均を算出することで得ることができる。最初の時点の場合にはその以前の時点が無いので平滑化されたレンヂ値は簡単に最初の符号測定値と等しいものとできる。このステップは第３図についての説明の方がより理解し易い。

第３図は１ケの衛星の軌道（３９）を参照符号（４１）で示す地点に配された受信器に関連して示す路線図である。符号及び搬送液位相測定を夫々側々の３時点で行っているように示しである。

時点１では、符号測定値は衛星が点Ｐ（１）に在ることを示す。この点は信号り、及びＬ２の符号測定値に於けるノイズが原因で軌道（３９）上の衛星の実際の位置とは異なる。時点２（即ち３秒後）では、符号測定値は衛星がＰ（２）で示される点に在ることを示す。更に第１の時点から第２の時点までの間の搬送波位相測定値の変化、即ちＣ（２）　−Ｃ（１）は衛星が図示の分だけ受信器に近づいたことを示す。

第２の時点について平滑化されたレンジ値を得るためにステップ（３７）　（第２図）で各種の測定値を組み合わせるに際して、符号に対する期待値、即ちＥ　Ｐ　（２）を、第１の時点から第２の時点までの間の搬送波位相測定値の変化、即ちＣ（２）　−Ｃ（１）と組み合わせた第１の時点で実際に測定した符号と等しいものであると定義する０次に平滑化された符号を、第２の符号測定値、即ちＰ（２）及び第２の符号レンチ測定の期待値、即ちＥ　Ｐ　（２）との算術平均であると定義する。斯くして第２の時点に関しては以下の方程式が成立する。

Ｅ　Ｐ（２）＝　Ｐ（１）＋　（Ｃ（２）−〇（１））ＳＰ（２）＝　（Ｐ（２）＋ＥＰ　（Ｐ））／２ｎ番目の時点について一般化すれば、これらふたつの方程式は以下のようになる。

ＥＰ（ｎ）　＝Ｓ　Ｐ（ｎ　−１）　＋　（Ｃ（ｎ）　−Ｃ（ｎ　−１）　）Ｓ　Ｐ（ｎ）　＝ＥＰ（ｎ）　＋　（Ｐ（ｎ）　−ＥＰ（ｎ）　）　／ｎこのようにして第３図では、第２の時点に於ける平滑化された符号レンジ、即ち５Ｐ（２）は符号期待値、即ちＥ　Ｐ　（２）と実際に測定した符号、即ちＰ（２）の中間に位置する。同じ様に、第３の時点に関しては、平滑化された符号、即ちＳ　Ｐ　（３）は、符号期待値、即ちＥ　Ｐ　（３）から実際に測定した符号、即ちＰ（３）へ向って３分の１のところに位置する。時点ｎでは、各測定符号、即ちＰ（１）　−Ｐ　（ｎ）は、平滑化された符号レンジ、即ちＳ　Ｐ　（ｎ）にｎ分の１寄与する。実際に、連続する搬送波測定値は第１の時点以降のレンチの変化を正確に反映するので、連続する符号測定値全部が、第１の時点についての符号測定の精度を向上するように作用する。このように連続する各時点は、僅かではあるがより正確なレンジ測定を可能とするものであると思われる。

再び第２図に戻ると、ステップ（３７）では、各衛星／受信器系（１７）毎に現時点についての平滑化された符号値、即ちＳ　Ｐ　（ｎ）が得られることが分るであろう。これらの平滑化された符号値は現時点及びそれ以前の時点すべてについて得ら丸た符号及び搬送波位相測定値に基づいて各受信器（１１）又は（１５）から各衛星（１３）までの距離の最良の予測値を示す。

次のステップ（４３）では、基準受信器（１３）から４ケ又はそれ以上の衛星夫々までの理論的な距離と、基準受信器の既知の位置座標及び各衛星の既知の軌道を用いて算出する。これらの既知の軌道は検出した信号り、及びＬ２の符号又は米国国立測地測量局から得ることができる。

次にステップ（４５）では、基準受信器（１５）と各衛星（１５）との間の系（１７）について現在の平滑化された距離の値と理論的な距離の値の差を測定する。その測定された距離の差は各衛星の内部クロックの誤差によるものと定義される。実際には、これらの誤差は被変調符号を遅延させ搬送波位相を進めてしまう電離層の影響と衛星軌道の誤差が原因であるとすることもできる。然しなから、これらの誤差によりふたつの受信器（１１）及び（１５）が受信する信号は略々等しい影響を受けるので、これらの誤差がＮ　ｆ％ｉ１層によるものであろうと、軌道誤差によるものであろうと或いはまた衛星のクロックによるものであろうと関係無いことである。

ステ、プ（４５）で測定した平滑化された距離の値と理論的な距離の値の差は、信号Ｌ１及びＬ２の＆送波の差の整数及び分数の値で表わすことができる。任意ではあるが都合よく、この差の整数部はバイアス値と定義し、端数部は衛星のクロック誤差であると定義する。

次のステップ（４７）では、遠隔地の受信器（１１）と４ケ以上の衛星（１３）間の各基（１７）についての調整され平滑化された距離値を処理してこれらの値の誤差が最小となるような受信器のＸ、　Ｙ及びＺ座標と受信器のクロック誤差を測定する。もし４ケかっきりの衛星についての測定値を処理しているならば、３つの位置座標及び受信器のクロック誤差が正確に誤差無くめられる。

他方もし５ケ以上の衛星についての測定値を処理しているならば、最小平均自乗誤差をめるやり方で方程式の解をめることができる。

更に詳細に云えば、ステップ（４９）は、調整され平滑化された距離値（ステップ（４７）で得たもの）と、遠隔地の受信器の位置座標の予測値及び既知の衛星軌道に基づく理論的な距離値との差を算出するステラップで始めることができる。このステップにより各時点について一連の誤差値が得られる。次にこの各時点についての一連の誤差値が最小となるように遠隔地の受信器の位置座標を調整する。この方法は反復して行われるので、位置座標夫々の初期予測値はそれ以前の時点についでの調整された予測値に基づいて得ることができる。

最後のステ、プ（５１）では、プログラムは次の時点に進み、その後、各種の到来＆送波信号の符号及び＆送波位相の測定を行う最初のステップ（３１）に戻る。以上詳細に説明した処理は所望する限り繰返すことができ、その都度精度が良くなり位置測定が行われる。

データ処理を２分から３分行った後には位置測定は、＆送波波長の差り、　−Ｌ２　（即ち４３センチ）の半分の波長以内の精度になると考えられる。この時、遠隔地の受信器の最良の予測位置座標から各衛星（１３）までの距離と、対応する信号り、及びＬ２の搬送波位相測定値の差り、−Ｌ２との間の差が算出できる。このようにして得た差の端数部が、予測した位置座標の調整により最小とすることができる一連の誤差値となる。これらの差の整数部は、各基（１７）に於ける＆送波の差り、−Ｌｍの全サイクル数を示すものとして無視し得る。このステップにより１０センチ以内の精度の位置座標が得られる。

今述べた搬送波位相差り、−Ｌ２処理に直ぐ続けて実行し得る次の処理では、予測された距離と対応する信号Ｌ１又はＬ２の位相測定値との間の差を算出する。

この際にも、これらの差が遠隔地の受信器（１１）の予測位置座標の調整により最小とすることができる一連の誤差値となる。この処理により、搬送波信号Ｌ１又はＬ２の各サイクルの僅かな端数を表わす１センチ以内の精度の位置座標が得られる。

最後にこの同じ処理を行って個々の信号り、及びＬ２の敬送波位相測定値の加重平均をめることができる。この処理によりどの方向に於いても１センチ以内の精度で位置座標が得られる。

以上詳細に説明した差分位置把握方法は遠隔地の受信器（１１）が静止していようと連続して移動していようとそれには関係なく有効である。これは、受信器の位置の測定値と各衛星までの距離の平滑化された測定値のみを用いるだけでステップ（４９）に於いて最終的な位置測定が行われるからである。受信器の移動はこのように丁度衛星の移動と同様に容易に処理に取込まれる。

上述するところから本発明は、固定された受信器を基準として遠隔地の移動可能な受信器の位置座標を迅速かつ正確に測定するだめの方法を著しく改善したものであることが分るだろう。

本発明の方法では４ケ以上の軌道飛行衛星から発射される＆送波信号Ｌ１及びＬ２両方の連続する符号測定値と搬送波位相測定値とを用いる。各衛星／受信器系に於ける個々の信号り、及びＬ２の符号測定値の加重平均に基づく符号測定値を、搬送波差信号り、−Ｌ、についての対応する搬送波位相測定値に応じて調整しまた更に成る時間に亘って平滑化する。これにより次第に測定精度を増しながら遠隔地の受信器の位置座標が迅速に測定できる。処理懐紙後僅か２分から３分後には、広範なレーン処理を行うことができ約１センチ以内の精度で位置測定が可能である。

尚、現在の好ましい実施例に関し本発明の詳細な説明したが、本発明の要旨から離脱することなく種々の変更が可能であることは当業者には理解されることであろう。従って、本発明は以下の請求の範囲によってのみ限定される。

ＦＩＧ、３

Claims

【特許請求の範囲】

１．４ヶ又はそれ以上の数のＧＰＳ衛星かに発射される被変調波信号Ｌ１及びＬ２を用いて位置座標が分っている受信器を基準として遠隔地の受信器の位置座標を測定する方法で、前記基準受信器及び前記遠隔地の受信器双方から前記４ヶ又はそれ以上の数の衛星夫々までの距離を一連の時点夫々に於いて測定するステップ、この測定ステップは各衛星／受信器系について各時点で符号測定値を得るために信号Ｌ１及びＬ２の符号を検出するステップと、各衛星／受信器系について各時点で搬送波位相測定値を得るために信号Ｌ１及びＬ２の搬送波位相を検出するステップとを含み、各衛星／受信器系について各時点でひとつの平滑化された符号測定値を得るために、各衛星／受信器系での連続する符号測定値を同じ時点に於ける対応する搬送波位相測定値及びそれ以前の時点に於ける符号測定値と搬送波位相測定値に応じて平滑化するステップと、前記基準受信器についての平滑化された符号測定値夫々の誤差値を得るために、基準受信器についての連続する符号測定値を、その基準受信器の既知の位置座標と前記４ヶ又はそれ以上の数の衛星の既知の軌道とに基づく各受信器と各衛間の距離の理論値と比較するステップと、前記４ヶ又はそれ以上の数の衛星夫々の内部クロックの誤差を前記比較ステップで得られた誤差値に基づいて測定するステップと、前記測定ステップで測定された衛星のクロック誤差の影響を取除きそれにより各衛星について一連の補正された距離測定値を得るために前記遠隔地の受信器について連続した平滑化された符号測定値を調整するステップと更に前記の一連の補正距離測定値の誤差が最小となる前記遠隔地の受信器の位置座標を測定するステップとを含む。
２．特許請求の範囲１の方法に於いて、前記第１の検出ステップは、各衛星／受信器系について前記個々の信号Ｌ１及びＬ２の符号を検出するステップと、それが得られる個々の信号Ｌ１及びＬ２よりもノイズが少い符号測定値を各衛星／受信器系について各時点で得るために、前記検出された個々の信号Ｌ１及びＬ２の加重平均を算出するステップとを含む前記測定ステップの一部である。
３．特許請求の範囲１の方法に於いて、前記第２の検出ステップは、各衛星／受信器系について各時点に於いて搬送波信号Ｌ１及びＬ２との差を撮るステップと、搬送波位相測定値であるその差信号Ｌ１−Ｌ２の搬送位相を検出するステップを含む前記ステップの一部であり、前記平滑化ステップでは、各符号測定値に対する期待値を、それ以前の時点での対応する平滑化された符号測定値と同じ時点及びそれ以前の時点での対応する搬送波位相測定値に基づいて算出するステップと、各衛星／受信器系について各時点に於いて前記平滑化された符号測定値を得るために、各符号測定値及びそれに対応する符号測定期待値との加重平均を算出するステップとを含む。
４．特許請求の範囲３に於いて、前記最後の測定ステップは、前記遠隔地の受信器の位置座標の予測値と既知の衛星軌道に基いて、その遠隔地の受信器から前記４ヶ又はそれ以上の数の衛星までの距離の理論値を得るステップと、各時点について一組の誤差値を得るために、上記ステップで得られた距離の理論値と前記調整ステップで得られた対応する補正距離測定値との差を撮るステップと、各時点に於ける前記遠隔地の受信器の位置座標の予測値を調整しそれと対応する組の誤差値を最小とするステップを含む。
５．特許請求の範囲４の方法に於いて、本方法のステップは反復実行され、更に、前記距離の理論値を得るステップで使われた各時点に於ける遠隔地の受信機の位置座標はそれ以前の時点について前記調整ステップで得られた調整予測値に基づくものである。
６．特許請求の範囲３に於いて、前記最後の測定ステップは、各時点について一組の誤差値を得るために、このステップに先行する前記測定ステップで得られた遠隔地の受信器についての搬送波位相測定値差Ｌ１−Ｌ２と、前記調整ステップで得た対応する補正距離測定値との差をとるステップと、各時点に於ける前記一組の誤差が最小となる遠隔地の受信器の位置座標を測定するステップとを含む。
７．特許請求の範囲３の方法に於いて、最後の測定ステップは、各時点について一組の誤差値を得るために、前記測定ステップに於いて得られた遠隔地の受信器についての信号Ｌ１の搬送波位相測定値と、前記調整ステップで得られた対応する補正距離測定値との差をとるステップと、各時点に於ける前記一組の誤差が最小となる遠隔地の受信器の位置座標を測定するステップとを含む。
８．特許請求の範囲３の方法に於いて、最後の測定ステップは、前記遠隔地の受信器についての測定ステップに於いて得た信号Ｌ１及びＬ２の搬送波位相測定値の加重平均を各時点に於いて算出するステップと、各時点について一組の誤差値を得るために、上記算出ステップで算出した加重平均と、前記調整ステップで得た対応する補正距離測定値との差を取るステップと、各時点に於ける一組の誤差値が最小となる遠隔地の受信器の位置座標を測定するステップとを含む。
９．特許請求の範囲１の方法に於いて、この方法は実時間で反復実行される。
１０．特許請求の範囲１の方法に於いて、前記比較ステップは各衛星について前記誤差値を得るために、前記基準地点の既知の位置座標と前記４ヶ又はそれ以上の数の衛星の既知の軌道に基づいて基準受信器についての前記連続する平滑化された符号測定値と距離の理論値との差をとるステップを含み、更に、前記最初の測定ステップは、衛星のクロック誤差が、上記差をとるステップで得られた対応する誤差値の端数部と等しいものであると定義するステップを含む。