JPH0412287A - Satellite utilizing position measuring instrument using highly stable clock - Google Patents

Satellite utilizing position measuring instrument using highly stable clock

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JPH0412287A
JPH0412287A JP11167290A JP11167290A JPH0412287A JP H0412287 A JPH0412287 A JP H0412287A JP 11167290 A JP11167290 A JP 11167290A JP 11167290 A JP11167290 A JP 11167290A JP H0412287 A JPH0412287 A JP H0412287A
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Abstract

PURPOSE:To continuously measure the position in the case of trouble of a GPS satellite or the use in a city or a mountain region by providing a time reference keeping means, a range finding means, a position measuring operation means, and a range error correcting means. CONSTITUTION:Radio waves transmitted from plural satellites are received, amplified, and subjected to frequency conversion by a range finding radio wave reception part 1. This range finding radio wave signal is inputted to a reception radio wave processing part 2, and the time origin of the range finding radio wave is acquired, and navigation data from satellites which are superposed on the range finding radio wave is read. Since the time reference offered by a highly stable clock part 3 is deviated from that of transmission of the satellite range finding radio wave, a range error correcting part 4 stores the measured range error and corrects the error characteristic of the clock part 3 at the time of receiving range finding radio waves from satellites at three points or using a communication satellite. A position measuring operation processing part 5 calculates the output of the correcting part 4 and the two-dimensional position of a user inputted from a control display part 6 and displays the output on a display part 6.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分計) この発明は、高安定時計使用の衛星利用測位装置に関す
る。更に詳しくは、例えば米国において既に技術的な具
現性が実証され、現在その運用が段階的に推進されてい
るNAVSTARGPS(全地球域測位システム)の衛
星を利用して、配備される衛星基数の少ない時期や、障
害物等によって3基以上のGPS衛星からの測距電波が
受信できない部会や山間部においても、より高い確度で
高精度かつ連続的な測位を可能とする高安定時計使用の
衛星利用測位装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application) The present invention relates to a satellite-based positioning device using a highly stable clock. More specifically, for example, a small number of satellites will be deployed using NAVSTAR GPS (Global Positioning System) satellites, whose technical feasibility has already been demonstrated in the United States and whose operation is currently being promoted in stages. Utilization of satellites with highly stable clocks that enable highly accurate and continuous positioning even in remote areas or mountainous areas where ranging radio waves from three or more GPS satellites cannot be received due to the time of year or obstacles. Regarding positioning devices.

(従来の技術) 船舶、航空機、車両等の移動する乗り物の位置を測定す
るため、従来よりいろいろなシステムの開発、運用が行
われてきた。これらの中で、地上に無線局を持つロラン
、オメガ、デツカ等の現在も利用されているシステムは
、測位精度、測位サービス域の面で一長一短がある。ま
た、衛星を利用したN N S S (N avy N
 avigation S atell−ite S 
ystem)  については、衛星から送信した電波の
周波数が衛星通過時にドツプラー効果により変化すると
いう原理を使うため、測位が可能なのは90分に一回程
度である。このため、例えばカーナビゲーションのよう
な分野にまで幅広く普及するに至っていない。
(Prior Art) Various systems have been developed and operated in order to measure the position of moving vehicles such as ships, aircraft, and vehicles. Among these, the systems currently in use, such as Loran, Omega, and Detsuka, which have radio stations on the ground, have advantages and disadvantages in terms of positioning accuracy and positioning service area. In addition, NSS (Navy NSS) using satellites
avigation S atell-ite S
system) uses the principle that the frequency of radio waves transmitted from a satellite changes due to the Doppler effect when the satellite passes, so positioning is possible only once every 90 minutes. For this reason, it has not been widely used in fields such as car navigation, for example.

このため、米国では20年に近い歳月と膨大な開発費を
投入して、測位頻度、測位精度、測位サービス域におい
て申し分のないNAVST、ARGPS (以下GPS
と呼ぶ)を開発し、1992年には全地球域での測位サ
ービスを可能とすべくGPS衛星の配備を急務としてい
る。
For this reason, the United States has spent nearly 20 years and a huge amount of development costs to develop NAVST and ARGPS (hereinafter referred to as GPS), which are perfect in terms of positioning frequency, positioning accuracy, and positioning service area.
In 1992, there was an urgent need to deploy GPS satellites to enable global positioning services.

GPSは米国の国防総省の主導のもとで開発されている
ことから、戦闘機等の激しく運動する航空機にも十分な
測位性能を達成するが、3次元の測位を行うためには少
なくとも4基のGPS衛星からの測距電波を直接受信で
きなければならないし、ユーザの高度情報すなわち地上
表面からの距離が利用できて2次元の測位を行う場合で
も3基の衛星からの測距電波を受信する必要がある。
Since GPS is being developed under the leadership of the U.S. Department of Defense, it achieves sufficient positioning performance even for aircraft that move vigorously such as fighter jets, but it requires at least four systems to perform three-dimensional positioning. It is necessary to be able to directly receive ranging radio waves from three GPS satellites, and even if the user's altitude information, that is, the distance from the ground surface is available and two-dimensional positioning is performed, it is necessary to receive ranging radio waves from three satellites. There is a need to.

航空機や船舶への利用においては視界を遮るものは少な
いため、 24基のGPS衛星の配置が完了すると、仰
角20度以下に位置する衛星を除いても、4基以上の衛
星が常時視界内にあることになり、−見問題がなさそう
である。しかし、−旦GPS衛星のどれかの衛星が故障
すると、当面は必要な数の測距電波の受信が時折できな
くなる。
When used on aircraft or ships, there are few obstructions to the view, so once the 24 GPS satellites have been placed, four or more satellites will always be within view, even excluding satellites located at elevation angles of 20 degrees or less. So, there seems to be no problem. However, if one of the GPS satellites malfunctions, it is sometimes impossible to receive the required number of ranging radio waves for the time being.

また4基以上の衛星が視界内にあっても、衛星の位置関
係から十分な精度の測位が出来ないことも有り得る(第
6.7図参照)。
Furthermore, even if four or more satellites are within sight, positioning may not be possible with sufficient accuracy due to the positional relationship of the satellites (see Figure 6.7).

係る事情は自動車等の陸上車両に利用する場合に顕著に
現れる。即ち部会や山間部を走行する自動車等から仰角
20度以上の視界(これは地表面での全視野の約65%
に相当する)を期待することは無理である。例えば片側
が崖になった山間道路では視界は高々50%となり、高
層建築物に隣接した道路では視界が30%以下になるこ
とも頻繁にあると予想される。従って、少なくとも3基
の衛星からの測距電波の受信を必要とするGPSの測位
方式では、部会や山間部で測位の機能が一時的に停止す
る可能性が高いため、これを利用するユーザ数の最も多
い陸上車両の分野においてその利便性が損なわれると予
想される。
This situation is particularly noticeable when used in land vehicles such as automobiles. In other words, the field of view from a subcommittee or a car driving in a mountainous area has an elevation angle of 20 degrees or more (this is about 65% of the total field of view on the ground).
) is unreasonable. For example, on a mountain road with a cliff on one side, visibility is expected to be at most 50%, and on roads adjacent to high-rise buildings, visibility is expected to frequently drop to 30% or less. Therefore, with the GPS positioning method that requires the reception of ranging radio waves from at least three satellites, there is a high possibility that the positioning function will temporarily stop in sub-districts or mountainous areas, so the number of users using this method is high. It is expected that its convenience will be impaired in the field of land vehicles, where the largest number of vehicles are located.

(発明が解決しようとする課題) 以上述べたように、将来の最も有力な測位システムであ
るGPSといえども、陸上車両への利用においては、部
会や山間部でのGPS衛星の可視性の観点から、測位機
能の一時的な停止という問題を有していた。また、GP
S衛星が故障した場合においても、新たな衛星を速やか
に配備してこれに対応することは、衛星の打ち上げが必
要であることから、短期間でその機能を回復することは
決して容易なことではない。
(Problem to be solved by the invention) As mentioned above, even though GPS is the most powerful positioning system in the future, when it is used for land vehicles, there are problems with the visibility of GPS satellites in sub-stations and mountainous areas. Therefore, there was a problem that the positioning function temporarily stopped. Also, G.P.
Even if an S-satellite fails, it is not easy to restore its functionality in a short period of time because it requires the launch of a new satellite to quickly deploy a new one. do not have.

この発明は上記の事情に鑑みて考案されたものであり、
次の目的を達成する。この発明の目的は、常時受信すべ
きGPS衛星の測距電波の数を低減して、GPS衛星が
故障した場合や、部会や山間部で利用する場合において
も、高精度で途絶えることの少ない測位機能を提供する
ことにある。
This invention was devised in view of the above circumstances,
Achieve the following objectives. The purpose of this invention is to reduce the number of ranging radio waves from GPS satellites that must be constantly received, and to provide highly accurate and uninterrupted positioning even when GPS satellites fail or when used in subcommittees or mountainous areas. The goal is to provide functionality.

(課題を解決するための手段) 同時刻に、或は基準時刻の既定のタイミングに同期して
測距電波を送出する複数の衛星を利用して、測距電波を
受信した地点の位置を測定する衛星測位方式において、 衛星が送信する測距電波の時刻基準を示す信号の送信時
刻と前記時刻基準を示す信号の受信時刻を正確に同定す
る時刻基準維持手段と、前記時刻基準維持手段により得
た前記時刻基準を示す信号の前記送信時刻と前記受信時
刻の時間差を算出して、前記測距電波の送信点と受信点
の間のレンジを測定するレンジ測定手段と、少なくとも
2基の前記衛星に対して前記レンジ測定手段が測定した
前記レンジと、測距電波を送信した時点の当該前記衛星
の位置データ及び前記受信点の地球表面からの高度デー
タを基にして前記測距電波の受信地点の位置を算出する
測位演算手段と、 3基以上の衛星からの前記測距電波が受信可能な場合、
または前記測距電波の受信点の位置が既知でありかつ1
基以上の衛星からの前記測距電波が受信可能な場合には
、固有の誤差要因によって発生し累積した前記時刻基準
維持手段と当該前記衛星との時刻基準のずれであるクロ
ックオフセットによって生じるレンジ誤差を算出し、前
記レンジ誤差が所定の誤差の範囲内で実際のレンジ誤差
と一致している限り、前記レンジ誤差の値を保持すると
共に前記レンジ測定手段で測定したレンジを修正するレ
ンジ誤差補正手段を具備してなり、2基以上の衛星から
の測距電波の連続的な受信によって受信地点での連続的
な測位を可能としたことを特徴とする高安定時計使用の
衛星利用測位装置である。
(Means for solving the problem) Measure the position of the point where the ranging radio waves are received by using multiple satellites that transmit ranging radio waves at the same time or in synchronization with the predetermined timing of the reference time. In the satellite positioning method, the time reference maintaining means accurately identifies the transmission time of a signal indicating the time reference of a ranging radio wave transmitted by a satellite and the reception time of the signal indicating the time reference; a range measuring means for calculating a time difference between the transmission time and the reception time of the signal indicating the time reference, and measuring the range between the transmission point and the reception point of the ranging radio wave; and at least two of the satellites. The receiving point of the ranging radio wave is based on the range measured by the range measuring means, the position data of the satellite at the time of transmitting the ranging radio wave, and the altitude data of the receiving point from the earth's surface. a positioning calculation means for calculating the position of the satellite, and when the ranging radio waves from three or more satellites can be received,
or the position of the receiving point of the ranging radio wave is known and 1
When the ranging radio waves from more than one satellite can be received, the range error is caused by a clock offset, which is a difference in the time reference between the time reference maintenance means and the satellite, which is generated and accumulated due to inherent error factors. range error correction means that calculates the range error and holds the range error value and corrects the range measured by the range measurement means as long as the range error matches the actual range error within a predetermined error range. A satellite-based positioning device using a highly stable clock, characterized in that it is capable of continuous positioning at a receiving point by continuously receiving ranging radio waves from two or more satellites. .

(実施例) 以下、この発明の実施例について、図面を参照して詳細
に説明する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図はこの発明の一実施例に係わる高安定時計使用の
衛星利用測位装置(以下本装置と呼ぶ)の利用形態の一
例を示すもので、本装置は船舶、航空機、自動車等の移
動する乗り物に搭載されるか、または人(以下本装置を
有する乗り物や人をユーザと呼ぶ)が携帯してGP8衛
星等から送信された測距電波を受信することによって、
ユーザの位置を決定する機能を有するものである。本装
置の利用においては、ユーザは地図データを保有する記
憶装置や気圧高度計等を)使用して自分の水平面内の2
次元位置に対する自分の高度をたえず読みとることの出
来る機能を有するものとすれば、後述するように、通常
2基の衛星からの測距電波の受信によって自分の2次元
位置の決定が可能である。また本装置は衛星より送出さ
れた測距電波のユーザまでの伝搬時間を測定し衛星・ユ
ーザ間の距離を決定するために高安定なりロックを内蔵
するが、このクロックの時刻基準と衛星の電波送信の時
刻基準のずれ(以下クロックオフセットまたは単にオフ
セットと呼ぶ)は時間の経過とともに発散する。このた
め3基の衛星からの測距電波の受信が可能な時間帯では
ユーザの2次元位置とともに上記クロックオフセットに
よって生じたレンジ誤差を更新し、測位精度を維持する
機能を有する。また第1図のように、ユーザが通信衛星
の通信回線を利用できるならば、ユーザ・地上主局との
通信によって、上記オフセットによるレンジ誤差の更新
が可能である。
FIG. 1 shows an example of the usage of a satellite-based positioning device (hereinafter referred to as this device) using a highly stable clock according to an embodiment of the present invention. By being mounted on a vehicle or carried by a person (hereinafter a vehicle or person having this device is referred to as a user) and receiving ranging radio waves transmitted from a GP8 satellite, etc.
It has the function of determining the user's location. When using this device, the user uses a storage device that stores map data, a barometric altimeter, etc.) to locate two points in his or her horizontal plane.
If the user has a function that allows him to constantly read his altitude relative to his dimensional position, his two-dimensional position can usually be determined by receiving ranging radio waves from two satellites, as will be described later. This device also has a built-in highly stable lock to measure the propagation time of ranging radio waves sent from the satellite to the user and determine the distance between the satellite and the user. The deviation in the transmission time reference (hereinafter referred to as clock offset or simply offset) diverges over time. Therefore, during the time period when ranging radio waves can be received from the three satellites, it has a function of updating the range error caused by the clock offset as well as the user's two-dimensional position to maintain positioning accuracy. Further, as shown in FIG. 1, if the user can use the communication line of the communication satellite, it is possible to update the range error due to the above-mentioned offset through communication with the user/ground main station.

第2図はこの発明の一実施例に係わる本装置の機能構成
を示すものである。複数の衛星より送信された電波は、
測距電波受信部1において受信、増幅、周波数変換が行
われる。測距電波受信部1で周波数変換された測距電波
信号は、受信電波処理部2に入力され、この受信電波処
理部2で測距電波の時刻原点であるエポックを捕捉する
とともに、この測距電波に重畳された衛星からの航法デ
ータを読みとる。測距電波受信部1および受信電波処理
部2の回路、機能は周知の技術であり、ここでは詳記し
ない。上記のエポックが衛星より送信された時刻とユー
ザに到達した時刻との差は測距電波の衛星・ユーザ間の
伝搬時間T suiであり、これに光速を乗ずれば衛星
・ユーザ間距離(以下疑似レンジと呼ぶ)が決定できる
が、この時刻基準は高安定クロック部3が提供する。し
かし高安定クロック部3は衛星測距電波の送信の時刻基
準とは通常ずれており、このオフセットをΔTbu(本
装置の時刻基準が衛星の時刻基準よりも遅れているとき
正値とする)とすれば、上記の疑似レンQ− 一1〇− ジには△S−△TbuXC(C:  光速)に相当する
レンジ誤差を含んでいることになるため、△Sを上記の
疑似レンジに加算して補正し実際のレンジ(以下実レン
ジと呼ぶ)を求める必要がある。レンジ誤差補正部4で
はこの補正を行うとともに、3基の衛星からの測距電波
を受信した場合や通信衛星を利用した際に測定した前記
レンジ誤差の記憶と高安定クロック部3の誤差特性、例
えばクロックオフセットの時間的変化率や周囲の温度に
依存したクロック誤差により発生したレンジ誤差の修正
を行う。ただし、本実施例では、通信衛星は必ずしも必
須のものではなく、無い場合でも、後記するようにGP
S衛星のみで高精度の測位は可能であ・る。測位演算処
理部5では、レンジ誤差補正部4の出力である前記実レ
ンジと、制御操作部6の操作盤あるいは入出力装置を介
して入力されたユーザ高度情報とを用いてユーザの2次
元位置を算出し、必要に応じて制御表示部6に出力表示
する。制御表示部6は前述の機能の他に本装置の動作モ
ードを指示したり、動作状態を監視゛する機能を有する
とともに、道路地図などを表示するマツプデイスプレー
機器や他のユーザ機器とのインタフェースを行う。
FIG. 2 shows the functional configuration of this device according to an embodiment of the present invention. Radio waves transmitted from multiple satellites are
Reception, amplification, and frequency conversion are performed in the ranging radio wave receiving section 1. The ranging radio wave signal frequency-converted by the ranging radio wave receiving unit 1 is input to the received radio wave processing unit 2, which captures the epoch, which is the time origin of the ranging radio wave, and Reads navigation data from satellites superimposed on radio waves. The circuits and functions of the ranging radio wave receiving section 1 and the received radio wave processing section 2 are well-known techniques, and will not be described in detail here. The difference between the time when the above epoch is transmitted from the satellite and the time when it reaches the user is the propagation time T sui of the ranging radio wave between the satellite and the user, and when this is multiplied by the speed of light, the distance between the satellite and the user (hereinafter referred to as This time reference is provided by the highly stable clock section 3. However, the highly stable clock unit 3 is normally offset from the time reference for transmitting satellite ranging radio waves, and this offset is defined as ΔTbu (taken as a positive value when the time reference of this device is behind the time reference of the satellite). Then, since the above pseudo range Q-110-ji includes a range error equivalent to △S - △TbuXC (C: speed of light), △S is added to the above pseudo range. It is necessary to calculate the actual range (hereinafter referred to as the actual range) by correcting it. The range error correction unit 4 performs this correction, and also stores the range error measured when receiving ranging radio waves from three satellites or using a communication satellite, and the error characteristics of the highly stable clock unit 3. For example, range errors caused by clock errors depending on the rate of change of clock offset over time or ambient temperature are corrected. However, in this embodiment, communication satellites are not necessarily required, and even if they are not available, GP
Highly accurate positioning is possible using only S satellites. The positioning calculation processing unit 5 calculates the user's two-dimensional position using the actual range that is the output of the range error correction unit 4 and the user altitude information input via the operation panel of the control operation unit 6 or the input/output device. is calculated and output and displayed on the control display unit 6 as necessary. In addition to the above-mentioned functions, the control display unit 6 has functions of instructing the operating mode of the device and monitoring the operating status, and also serves as an interface with map display equipment that displays road maps and other user equipment. I do.

第3図は前記測位演算処理部5で実行される基本的な測
位計算関連の処理をフローチャートの形式で明確にした
ものである。まず、測距電波の受信可能な衛星の基数(
以下では測位計算精度上適用できない位置にある衛星を
除外した測距電波受信可能な衛星基数を可視衛星数と言
う)が1基であり、ユーザの位置が既知である場合は、
第18頁の関係式1に従ってレンジ誤差ΔSを算出し、
レンジ誤差補正部4に記憶したレンジ誤差を更新する。
FIG. 3 clarifies the basic positioning calculation-related processing executed by the positioning calculation processing section 5 in the form of a flowchart. First, the number of satellites that can receive ranging radio waves (
In the following, the number of satellites that can receive ranging radio waves excluding satellites in positions that cannot be applied due to positioning calculation accuracy is referred to as the number of visible satellites) is 1, and if the user's location is known,
Calculate the range error ΔS according to relational expression 1 on page 18,
The range error stored in the range error correction section 4 is updated.

ただし、l屓 R1はベクトルの絶対値を取ることを示
している。 即ち、TstNはユーザ装置の時刻基準に
基づいて測定した衛星#1の測距電波の伝搬時間であり
、この中にはユーザ装置のクロックオフセット△Tbu
が含まれている為、このオフセットによるレンジ誤差△
Sが第18頁の関係式1によって決定できることになる
However, R1 indicates that the absolute value of the vector is taken. That is, TstN is the propagation time of the ranging radio wave of satellite #1 measured based on the time reference of the user equipment, and this includes the clock offset ΔTbu of the user equipment.
is included, so the range error due to this offset is △
This means that S can be determined using Relational Expression 1 on page 18.

可視衛星数が2基の場合、第4図の処理1によつてユー
ザの2次元位置を算出し、この更新を行う。ユーザ高度
が既知の場合、ユーザ高度と地球の形状モデル(周知の
地球物理学のデータ)を用いてユーザ・地球中心間の距
離が求められるため、第3の架空の衛星が地球中心に位
置するものと考えられる。従って緯度λ、高度りの位置
での地球中心からの距離Sxは第18頁の関係式2によ
って求められるため、これを第3のレンジとし、かつこ
の架空の衛星の位置ベクトルhを零ベクトルとみなして
、ユーザの3次元位置旦を第18頁の関係式3によって
算出できる。ただしユーザ高度は既知であったことから
実際は2次元測位である。またこの計算では2基の衛星
からの測距電波の伝搬時間T 5ui(i=1.2)に
はユーザ装置のクロックオフセットが含まれており、測
定した疑似レンジにはこのオフセットによるレンジ誤差
が介入しているが、レンジ誤差補正部4では最新のレン
ジ誤差値△Sを用いてこのレンジ誤差を消去している。
When the number of visible satellites is two, the user's two-dimensional position is calculated and updated by process 1 in FIG. If the user altitude is known, the distance between the user and the center of the earth is calculated using the user altitude and the earth's shape model (known geophysical data), so the third fictitious satellite is located at the center of the earth. considered to be a thing. Therefore, since the distance Sx from the earth's center at the position of latitude λ and altitude is determined by relational expression 2 on page 18, this is set as the third range, and the position vector h of this imaginary satellite is set as the zero vector. Therefore, the user's three-dimensional position can be calculated using relational expression 3 on page 18. However, since the user's altitude was already known, the actual positioning was two-dimensional. In addition, in this calculation, the propagation time T5ui (i = 1.2) of the ranging radio waves from the two satellites includes the clock offset of the user equipment, and the measured pseudo range has a range error due to this offset. However, the range error correction section 4 eliminates this range error using the latest range error value ΔS.

またユーザの緯度λ、経度μを求めるためには、第18
頁の関係式3により算出したユーザ位第19頁の関係式
4に代入し、逆に演算することによって算出できる。
In addition, in order to obtain the user's latitude λ and longitude μ, the 18th
It can be calculated by substituting the user number calculated using Relational Expression 3 on page 19 into Relational Expression 4 on the 19th page and performing the reverse calculation.

可視衛星数が3基以上の場合、測位計算精度上有利な位
置にある3基の衛星からの測距電波を選択して、第5図
の処理2に従ってユーザの3次元位置ベクトル旦と前記
のレンジ誤差△Sを算出し、最新のレンジ誤差として△
Sを記録する。ここで算出したレンジ誤差△Sは、厳密
には第2図のレンジ誤差補正部4において補正として利
用するレンジ誤差の初期値に相当するものであり、再び
レンジ誤差△Sが更新されるまで、ここで記録したレン
ジ誤差△Sに第2図の高安定クロック部2が持つ固有の
誤差の補正に係わる較正方法(例えば、時開昭和63−
266375号記載の方法)を追加し、より正確なレン
ジ誤差補正を行えるよう配慮される。また3基の衛星か
らの測距電波とユーザ高度を利用してユーザ位置ベクト
ル旦とレンジ誤差△Sを算出する場合もユーザ高度に対
する考え方は前記2基衛星可視の場合と同様であるが、
測位計算のアルゴリズムは、レンジ誤差△Sが決定され
るべき変数として加わるため、第19頁の関係式5を使
用する。また、ユーザ位置ベクトル旦からユーザの緯度
λ、経度μを求める手順については前記2基衛星可視の
場合と同様であり、第19頁の関係式4が適用される。
When the number of visible satellites is three or more, the ranging radio waves from the three satellites in positions that are advantageous in terms of positioning calculation accuracy are selected, and the user's three-dimensional position vector and the above-mentioned Calculate the range error △S and set it as the latest range error △
Record S. Strictly speaking, the range error ΔS calculated here corresponds to the initial value of the range error used for correction in the range error correction section 4 in FIG. 2, and until the range error ΔS is updated again, The range error △S recorded here includes a calibration method related to correcting the inherent error of the highly stable clock section 2 shown in FIG.
266375) to enable more accurate range error correction. Also, when calculating the user position vector and range error ΔS using ranging radio waves from three satellites and user altitude, the concept of user altitude is the same as in the case where two satellites are visible.
The positioning calculation algorithm uses relational expression 5 on page 19 since the range error ΔS is added as a variable to be determined. Furthermore, the procedure for determining the user's latitude λ and longitude μ from the user position vector is the same as in the case where two satellites are visible, and the relational expression 4 on page 19 is applied.

このように構成される前記高安定時計使用の衛星利用測
位装置は、従来のGPS衛星用の測位装置に比較して、
可視衛星数が少ない場合でも測位機能を達成することが
できるため、電波障害となる高層建築物の多い部会や山
間部においても連続した測位が可能となるばかりでなく
、可視衛星数が多い場合でも、測位精度は選択された衛
星の位置と深い関係にあるため、従来の測位装置よりも
精度の高い測位が可能である。
The satellite-based positioning device using the highly stable clock configured in this way has the following features compared to the conventional positioning device for GPS satellites:
Since the positioning function can be achieved even when the number of visible satellites is small, continuous positioning is not only possible even in areas with many high-rise buildings or mountainous areas that cause radio wave interference, but also even when there are many visible satellites. Since the positioning accuracy is closely related to the position of the selected satellite, it is possible to perform positioning with higher accuracy than conventional positioning devices.

本装置の特徴は、高安定なりロックを内蔵して、前述し
たように衛星とユーザ装置の時刻基準のずれを長時間に
わたり可能な限り正確に保持し、上記時刻基準のずれに
よる疑似レンジに含まれたレンジ誤差を補正するところ
にある。このため、前記レンジ誤差は3基以上のGPS
衛星が可視状態にある時間帯に間欠的に測定しさえすれ
ばよいことから、利用上の制約は大幅に軽減されている
The feature of this device is that it has a built-in highly stable lock that maintains the deviation of the time reference between the satellite and the user equipment as accurately as possible for a long period of time as described above. The purpose of this is to correct the range error caused by the error. Therefore, the range error is caused by three or more GPS
Since it is only necessary to take measurements intermittently during times when the satellite is visible, restrictions on its use are greatly reduced.

また、GPS衛星の時刻基準を測定し保持する地上局と
ユーザとの双方向通信が可能な通信衛星等が利用できる
場合、上記レンジ誤差の測定は前記地上局の支援を得て
達成することも可能である。
Furthermore, if a communication satellite or the like capable of two-way communication between the user and the ground station that measures and maintains the time reference of the GPS satellite is available, the measurement of the range error described above may be achieved with the support of the ground station. It is possible.

本装置の使用する高安定クロックは、GPS衛星に搭載
された原子時計のレベルの安定性を必要とするものでは
ない。本装置に内蔵するクロックの安定性をIQ−I 
Q〜IQ−I+とすれば、これによって発生する位置誤
差は1時間当り20m〜200m程度であり、たとえば
15分毎に3基以上の衛星からの測距電波が受信できる
ならば、この間に発散する位置誤差は 5m〜50mと
なる。このレベルの小型のクロックであれば、原子時計
ではなく、水晶時計でも前記性能を達成することが可能
であり、このコストは量産と較正方法の教養によってき
わめて低コストに抑えることも可能である。
The highly stable clock used in this device does not require the level of stability of an atomic clock mounted on a GPS satellite. IQ-I measures the stability of the clock built into this device.
Assuming Q~IQ-I+, the position error caused by this is about 20m to 200m per hour.For example, if ranging radio waves can be received from three or more satellites every 15 minutes, the divergence during this time The position error will be 5m to 50m. With a clock as small as this level, it is possible to achieve the above performance with a crystal clock instead of an atomic clock, and the cost can be kept extremely low through mass production and training in calibration methods.

(発明の効果) 以上詳述したように、この発明によれば、複数の衛星か
らの測距電波の受信が不確実であり、3基ないし4基以
上の衛星からの測距電波の受信を必要とする従来の測位
方式では途切れがちになる運用環境(第6.7図参照)
においても、連続的にして精度の高い測位が可能となる
高安定時計使用の衛星利用測位装置を提供することがで
きる。
(Effects of the Invention) As detailed above, according to the present invention, the reception of ranging radio waves from multiple satellites is uncertain, and the reception of ranging radio waves from three or four or more satellites is difficult. Requires an operational environment where conventional positioning methods tend to be interrupted (see Figure 6.7)
Also, it is possible to provide a satellite-based positioning device using a highly stable clock that enables continuous and highly accurate positioning.

・関係式1:レンジ誤差△Sの計算式 △S= I L、−Rl −Tsu、XCただし り、=衛星#1の位置ベクトル R=ユーザ位置ベクトル C=光速 Tsu、=衛星#1の測距電波伝搬時間11はベクトル
の絶対値を示す ・関係式2:高度りと地球中心までの距離Sxの関係5
x=Rx + h =Re (I  E2SIN2λ)
++hただし記号の定義は関係式4に同じ り、=衛星位置へ゛クトル (+−+、2)L8=O P  =S  +△S  (+−+   2)P8=S
ヶ ()1は縦ベクトルの横ベクトルへの変換を示す・間係
式4:位置ベクトル旦と緯度入、経度μ、高度りの関係 り、=衛星位置へ゛クトル (+−+、2.3)L4=
O P、=S、+△S  (+−+、2.3)P4=Sx ()7は縦ベクトルの横ベクトルへの変換を示す
・Relational expression 1: Calculation formula for range error △S △S=I L, -Rl -Tsu, The distance radio wave propagation time 11 indicates the absolute value of the vector.・Relational expression 2: Relationship between altitude and distance Sx to the center of the earth 5
x = Rx + h = Re (I E2SIN2λ)
++h However, the definition of the symbol is the same as in relational expression 4, = satellite position vector (+-+, 2)L8=O P =S +△S (+-+ 2)P8=S
()1 indicates the conversion of a vertical vector to a horizontal vector. ・Equation 4: Relationship between position vector and latitude, longitude μ, and altitude, = satellite position vector (+-+, 2.3 )L4=
O P, =S, +△S (+-+, 2.3)P4=Sx ()7 shows the conversion of the vertical vector to the horizontal vector

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

第1図はこの発明の一実施例に係わる高安定時計使用の
衛星利用測位装置の利用形態を示す図、第2図はこの発
明の一実施例に係わる高安定時計使用の衛星利用測位装
置を示すブロック図、第3図はこの発明の方式上の中核
をなし、かつ第1図の測位演算処理部5の主要な測位計
算の流れ図、第4図は第3図の可視衛星数が2基の場合
の位置計算の流れ図、第5図は第3図の可視衛星数が3
基以上の場合の位置及びレンジ誤差計算の流れ図、第6
図は可視円錐角と平均可視衛星数との関係を示す図、第
7図はGPS衛星の24基配備における可視性の一例を
示す図である。 1・・・測距電波受信部 2・・・受信電波処理部 3・・・高安定クロック部 4・・・レンジ誤差補正部 5・・・測位演算処理部 6・・・制御表示部 −20= 手続補正書(鋏) 8.補正の内容 平成 2年 6月72日 (1)明細書第19頁第1行目から明細書同頁末行まで
を別紙許 庁 長 官 殿 のように補正する。 1、事件の表示 (2)図面第3図、第5図を別紙のように補正する。 平成2年特許願第111672号 2、発明の名称 高安定時計使用の衛星利用測位装置 補正をする者 事件との関係
FIG. 1 is a diagram showing how a satellite-based positioning device using a high-stability clock is used according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a satellite-based positioning device using a high-stability clock according to an embodiment of the present invention. The block diagram shown in FIG. 3 is a flowchart of the main positioning calculations of the positioning calculation processing unit 5 shown in FIG. 1, which is the core of the method of the present invention, and FIG. Figure 5 is a flowchart of position calculation in the case of 3 when the number of visible satellites in Figure 3 is 3.
Flowchart of position and range error calculation for cases greater than or equal to base, Part 6
The figure shows the relationship between the visible cone angle and the average number of visible satellites, and FIG. 7 shows an example of visibility when 24 GPS satellites are deployed. 1... Distance measurement radio wave receiving section 2... Received radio wave processing section 3... Highly stable clock section 4... Range error correction section 5... Positioning calculation processing section 6... Control display section -20 = Procedural amendment (scissors) 8. Contents of the amendment June 72, 1990 (1) The section from the first line of page 19 of the specification to the last line of the same page of the specification is amended as per the attached document, Commissioner of the License Agency. 1. Display of the incident (2) Figures 3 and 5 of the drawings should be amended as shown in the attached sheet. 1990 Patent Application No. 111672 2, Title of Invention Relationship with the case of a person who corrects a satellite-based positioning device using a high-stability clock

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、同時刻に、或は基準時刻の既定のタイミングに同期
して測距電波を送出する複数の衛星を利用して、測距電
波を受信した地点の位置を測定する衛星測位方式におい
て、 衛星が送信する測距電波の時刻基準を示す信号の送信時
刻と前記時刻基準を示す信号の受信時刻を正確に同定す
る時刻基準維持手段と、 前記時刻基準維持手段により得た前記時刻基準を示す信
号の前記送信時刻と前記受信時刻の時間差を算出して、
前記測距電波の送信点と受信点の間のレンジを測定する
レンジ測定手段と、 少なくとも2基の前記衛星に対して前記レンジ測定手段
が測定した前記レンジと、測距電波を送信した時点の当
該前記衛星の位置データ及び前記受信点の地球表面から
の高度データを基にして前記測距電波の受信地点の位置
を算出する測位演算手段と、 3基以上の衛星からの前記測距電波が受信可能な場合、
または前記測距電波の受信点の位置が既知でありかつ1
基以上の衛星からの前記測距電波が受信可能な場合には
、固有の誤差要因によって発生し累積した前記時刻基準
維持手段と当該前記衛星との時刻基準のずれであるクロ
ックオフセットによつて生じるレンジ誤差を算出し、前
記レンジ誤差が所定の誤差の範囲内で実際のレンジ誤差
と一致している限り、前記レンジ誤差の値を保持すると
共に前記レンジ測定手段で測定したレンジを修正するレ
ンジ誤差補正手段を具備してなり、2基以上の衛星から
の測距電波の連続的な受信によって受信地点での連続的
な測位を可能としたことを特徴とする高安定時計使用の
衛星利用測位装置。
[Claims] 1. Measuring the position of a point where ranging radio waves are received by using a plurality of satellites that transmit ranging radio waves at the same time or in synchronization with a predetermined timing of a reference time. In the satellite positioning system, a time reference maintenance means for accurately identifying a transmission time of a signal indicating a time reference of a ranging radio wave transmitted by a satellite and a reception time of a signal indicating the time reference; Calculating the time difference between the transmission time and the reception time of the signal indicating the time reference,
a range measuring means for measuring the range between the transmitting point and the receiving point of the ranging radio wave; the range measured by the range measuring means for at least two of the satellites; and the range measured by the range measuring means at the time of transmitting the ranging radio wave. positioning calculation means for calculating the position of the receiving point of the ranging radio wave based on the position data of the satellite and the altitude data of the receiving point from the earth's surface; If it is possible to receive
or the position of the receiving point of the ranging radio wave is known and 1
When the ranging radio waves from more than one satellite can be received, the clock offset is caused by a clock offset, which is a difference in the time reference between the time reference maintaining means and the satellite, which is generated and accumulated due to inherent error factors. a range error that calculates a range error, holds the value of the range error and corrects the range measured by the range measuring means as long as the range error matches the actual range error within a predetermined error range; A satellite-based positioning device using a highly stable clock, characterized in that it is equipped with a correction means and enables continuous positioning at a receiving point by continuously receiving ranging radio waves from two or more satellites. .
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