JPH0567192B2 - - Google Patents

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JPH0567192B2
JPH0567192B2 JP28064786A JP28064786A JPH0567192B2 JP H0567192 B2 JPH0567192 B2 JP H0567192B2 JP 28064786 A JP28064786 A JP 28064786A JP 28064786 A JP28064786 A JP 28064786A JP H0567192 B2 JPH0567192 B2 JP H0567192B2
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JP
Japan
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coordinate system
user
satellite
virtual
estimated
Prior art date
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JP28064786A
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Japanese (ja)
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JPS63134975A (en
Inventor
Toshio Furuya
Kenichi Kobayashi
Hideki Wachi
Masahiko Takehara
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Koden Electronics Co Ltd
Original Assignee
Koden Electronics Co Ltd
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  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、GPS(グローバル・ポジシヨナル・
システム)航法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention is directed to GPS (Global Positional System).
system) related to navigation.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

GPS航法は、極軌道をえがく複数個の衛星か
らの電波を利用して、ユーザが自分と各衛星との
距離を求め、連続してその位置を演算して求める
航法である。
GPS navigation is a navigation method in which the user determines the distance between himself and each satellite by using radio waves from multiple satellites tracing polar orbits, and then calculates the position continuously.

いま、座標系として、地球中心・地球固定のデ
カルト座標系をとり、ユーザ座標をX、Y、Z、
衛星座標をSXi、SYi、SZi(1<i<n)とする。
電波を利用して測定される各衛星との距離は疑似
レンジPDiといわれるもので、座標と次式の関係
になる。
Now, the coordinate system is an earth-centered, earth-fixed Cartesian coordinate system, and the user coordinates are X, Y, Z,
Let the satellite coordinates be SX i , SY i , SZ i (1<i<n).
The distance to each satellite measured using radio waves is called the pseudo range PD i , and is related to the coordinates and the following formula.

PDi= √(i−)2+(i−)2+(i2−C・

……(1) ここで、Cは光速度、Bは時間オフセツトであ
る。
PD i = √( i −) 2 + ( i −) 2 + ( i ) 2 −C・
B
...(1) Here, C is the speed of light and B is the time offset.

なおこの実測値はMSRとして区別して使う。
一般的に表示すれば、GPS航法においては、4
個の衛星を捕捉して MSR1=f(SX1、SY1、SZ1、X、Y、Z、B) MSR2=f(SX2、SY2、SZ2、X、Y、Z、B) MSR3=f(SX3、SY3、SZ3、X、Y、Z、B) MSR4=f(SX4、SY4、SZ4、X、Y、Z、B) ……(2) で表示される上記の連立位置方程式を解き、X、
Y、Z、Bを求めるものである。連立位置方程式
において、衛星座標SX1、SY1、SZ1…は既知で
あり、MSR1…は測定値により求まる値である。
Note that this measured value is used separately as MSR.
Generally speaking, in GPS navigation, there are 4
MSR 1 = f (SX 1 , SY 1 , SZ 1 , X, Y, Z, B) MSR 2 = f (SX 2 , SY 2 , SZ 2 , X , Y, Z, B) ) MSR 3 = f (SX 3 , SY 3 , SZ 3 , X, Y, Z, B) MSR 4 = f (SX 4 , SY 4 , SZ 4 , X, Y, Z, B) ...(2) Solving the above simultaneous position equations expressed as
This is to find Y, Z, and B. In the simultaneous position equations, the satellite coordinates SX 1 , SY 1 , SZ 1 . . . are known, and MSR 1 . . . are values determined from measured values.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

連立位置方程式の変数としては、座標系を地球
中心・地球固定の特殊な曲線座標系(緯度LT、
経度LG、高さHT、時間オフセツトB)とする
こともできる。また従来の慣例として航法上では
この方が一般的である。なお、以下では座標系と
言う場合には、上記のように時間オフセツトまで
含むものとする。連立位置方程式は非線形多変数
方程式であるから、通常、変数に対する関数偏微
分値を考えて直線化する。前記曲線座標系の連立
位置方程式では、変数にかかる係数の大きさがア
ンバランスになり、また特異点が生ずるなど、数
値計算上の問題が多く、収斂回数が増えて、演算
処理時間や誤差が大きくなりやすい。これに対し
デカルト座標系形式では連立位置方程式は(1)式で
表示されるような簡単な計算式となるため、上記
問題が少ない。それ故、デカルト座標系で解を得
てから、最終的に曲線座標系に直すようにした方
が有利でである。
As variables for the simultaneous position equations, the coordinate system is a special curved coordinate system that is earth-centered and earth-fixed (latitude LT,
Longitude LG, height HT, time offset B) can also be used. This is also a common practice in navigation. Note that in the following, when a coordinate system is referred to, it includes a time offset as described above. Since simultaneous position equations are nonlinear multivariable equations, they are usually linearized by considering partial differential values of functions with respect to variables. Simultaneous position equations for the curved coordinate system have many problems in numerical calculations, such as unbalanced coefficients on variables and the occurrence of singular points, which increases the number of convergence times and increases calculation processing time and errors. It tends to get bigger. On the other hand, in the Cartesian coordinate system format, the simultaneous position equations are simple calculation formulas as shown in equation (1), so the above problem is less likely. Therefore, it is advantageous to obtain a solution in the Cartesian coordinate system and then finally transform it into a curved coordinate system.

ところが、デカルト座標系は地球の形状と無関
係にきめられるので、その各成分を独立に考えに
くいため、以下の問題が生ずる。GPS航法を地
上の乗物で使う場合などには、衛星が山岳・築造
物などの障害物の影に入つたりして、捕捉できる
衛星が4個未満になることがしばしばある。障害
物のない所でなら、打上げる衛星数が、予定数に
なれば殆どの場合4個の衛星を捕捉することもで
きるが、衛星数が少ない現状では4個以上の衛星
を捕捉できる時間は非常に短い。しかし捕捉可能
な衛星個数が3個以下の場合でも、4個の場合と
の差数DN(=4−VN、VNは捕捉個数)に相当
した数の変数を固定値(不変推定値)とすること
のできる状況の場合には、VNの個数に相当する
方程式数の連立位置方程式を作り、その解として
ユーザ位置を得ることができる筈である。地球中
心・地球固定の前記曲線座標系LT、LG、HT、
Bの場合には、たとえば高さが余り変わらない所
を移動しているときならば、その時の高さ推定値
(以前に4個以上の衛星が補捉できて高さが求ま
つていたならば、その時の値)に固定させ、変数
をLT、LG、Bの3個に減らして、3個の連立位
置方程式を組立てることができる。さらにBが推
定値に固定できれば、連立方程式数を2個にでき
る。しかし、デカルト座標系X、Y、Z、B)の
場合には、各変数単独では物理的意味(地球形状
に関連した意味)をもたないので、上記のような
場合でも変数を固定値に設定することができな
い。デカルト座標としては、時間オフセツトだけ
が合理的根拠から推定して一定値にとることがで
きるだけである。
However, since the Cartesian coordinate system is determined without regard to the shape of the earth, it is difficult to consider each of its components independently, resulting in the following problem. When GPS navigation is used on ground vehicles, satellites often get behind obstacles such as mountains or built structures, resulting in less than four satellites being able to be detected. If there are no obstacles, it is possible to capture 4 satellites in most cases if the number of satellites launched reaches the planned number, but with the current number of satellites being small, the time it takes to capture 4 or more satellites is limited. Very short. However, even if the number of satellites that can be captured is 3 or less, the number of variables equivalent to the difference number DN (= 4 - VN, VN is the number of captured satellites) from the case of 4 is set as a fixed value (unchanged estimated value). In a situation where this is possible, it should be possible to create simultaneous position equations with the number of equations corresponding to the number of VNs, and obtain the user position as the solution. The earth-centered and earth-fixed curved coordinate systems LT, LG, HT,
In case B, for example, if you are moving in a place where the height does not change much, the estimated height at that time (if four or more satellites were previously detected and the height was determined) For example, by fixing it to the current value) and reducing the variables to three, LT, LG, and B, three simultaneous position equations can be assembled. Furthermore, if B can be fixed to an estimated value, the number of simultaneous equations can be reduced to two. However, in the case of Cartesian coordinate system Cannot be set. As a Cartesian coordinate, only the time offset can be estimated from rational grounds and taken to be a constant value.

以上のことから、連立位置方程式がデカルト座
標系で記載されるならば、その演算処理上有利で
あるが、捕捉衛星数が4個未満ならば却つて有利
でないことがわかる。
From the above, it can be seen that if the simultaneous position equations are written in a Cartesian coordinate system, it is advantageous in terms of arithmetic processing, but it is not advantageous if the number of captured satellites is less than four.

本発明の目的は、上記の欠点を除去し、デカル
ト座標系で連立位置方程式を表示し、しかも捕捉
衛星が4個未満の場合においても、合理的に演算
処理することのできるGPS航法演算処理方法お
よびその方法を用いたGPS航法演算処理装置を
提供することにある。
The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks, display simultaneous position equations in a Cartesian coordinate system, and provide a GPS navigation calculation processing method that can perform calculations rationally even when the number of acquired satellites is less than four. The present invention also provides a GPS navigation arithmetic processing device using the method.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明のGPS航法演算処理方法は、以下の処
理を含んでいる。
The GPS navigation calculation processing method of the present invention includes the following processing.

(a) 緯度・経度・高さおよび時間オフセツトの4
個の変数を有する曲線座標系内のユーザ位置の
推定値であつて捕捉衛星が4個未満の場合には
4個の変数うちのDN個すなわち(4−捕捉衛
星数)個が不変に保たれるものをユーザ推定位
置として入力し、この入力したユーザ推定位置
を3個の位置変数と時間オフセツトから成る4
個の変数であつてそのうちのDN個が不変に保
たれるものを有するデカルト座標系内のユーザ
推定位置に変換する処理。
(a) Latitude, longitude, height, and time offset
If the number of captured satellites is less than 4, DN of the 4 variables, i.e. (4 - number of captured satellites), is kept unchanged. The user's estimated position is input as the user's estimated position, and the inputted user's estimated position is divided into four variables consisting of three position variables and a time offset.
The process of converting to the user's estimated position in a Cartesian coordinate system with DN variables, of which DN are kept unchanged.

(b) 前記デカルト座標系の適宜な位置に仮想した
DN個の仮想衛星の各擬似レンジPDを前記変
換済みのデカルト座標系内のユーザ推定位置か
ら計算し、この計算結果を仮想結果を仮想衛星
MSRとして決定する仮想衛星MSR決定処理。
(b) virtualized at an appropriate position in the Cartesian coordinate system
The pseudorange PD of each of the DN virtual satellites is calculated from the user's estimated position in the transformed Cartesian coordinate system, and the virtual result is used as the virtual satellite.
Virtual satellite MSR determination process to determine as MSR.

(c) 前記仮想衛星MSRを含むことのある4個の
MSRから前記デカルト座標系内の4個の連立
位置方程式を作成する処理。
(c) four satellites that may include said virtual satellite MSR;
A process of creating four simultaneous position equations in the Cartesian coordinate system from the MSR.

(d) 前記作成済みの連立位置方程式を解いて4個
の解を求める処理。
(d) A process of solving the previously created simultaneous position equations to obtain four solutions.

(e) 前記(d)で求めた4個の解から不変に保たれる
ものを除いた個数の解を前記(a)で変換したデカ
ルト座標内のユーザ推定位置の新たな値として
設定し直したのち、前記(b)から(d)までの処理を
反復する反復処理。
(e) Reset the number of solutions obtained by removing the one that will remain unchanged from the four solutions obtained in (d) above as the new value of the user's estimated position in the Cartesian coordinates transformed in (a) above. After that, iterative processing that repeats the processing from (b) to (d) above.

(f) 前記反復処理の収斂を判定し、収斂する場合
には前記反復処理を終え、連立位置方程式の解
を曲線座標系に変換して演算結果として出力
し、収斂しない場合には前記反復処理を中止す
る判定処理。
(f) Determine the convergence of the iterative processing, and if convergence occurs, end the iterative processing, convert the solution of the simultaneous position equations to a curved coordinate system and output it as a calculation result, and if it does not converge, terminate the iterative processing. Judgment process to cancel.

〔作用〕[Effect]

捕捉衛星が4個未満のとき、DN個の変数は曲
線座標系で選定し、不変推定値とする。以下、変
数はすべてデカルト座標に変換しておく。4個の
連立位置方程式はMSRとして、DN個のものは
仮想衛星をデカルト座標系のいずれかの位置に仮
定して凝似レンジを計算したものである。4個の
連立位置方程式はデカルト座標系表示であり、そ
の解の変数は比較的簡単に得られる。得られた変
数を新たな推定値として、仮想衛星の疑似レンジ
を再計算し、MSRとして、再び連立位置方程式
をたてる反復演算処理を行なう。反復演算処理の
収控条件を定めることにより最終的演算結果を得
たならば曲線座標系で表示出力する。
When the number of captured satellites is less than 4, the DN variables are selected in a curved coordinate system and are assumed to be constant estimates. Below, all variables are converted to Cartesian coordinates. The four simultaneous position equations are MSR, and the DN equations are those in which the condensed range is calculated assuming that the virtual satellite is located at one of the positions in the Cartesian coordinate system. The four simultaneous position equations are expressed in a Cartesian coordinate system, and the variables for their solutions can be obtained relatively easily. The pseudo range of the virtual satellite is recalculated using the obtained variables as new estimated values, and the iterative calculation process is performed to form the simultaneous position equations again as the MSR. Once the final calculation result is obtained by determining the convergence conditions for the iterative calculation process, it is displayed and output in a curved coordinate system.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照して、本発明の一実施例につ
き説明する。この例は、捕捉衛星が3個の場合
で、ユーザの高さを不変推定量(固定)KHTと
する場合である。演算処理方法を第1図のフロー
チヤートを参照して説明する。捕捉衛星の差数
DN=1であるから、仮想衛星は1個でよい。本
例では地球の中心におく。仮想衛星は空中・地
表・地球内のいずれの点でもよいが、ユーザ推定
位置から仮想・衛星への視線が捕捉衛星と同一方
向で一直線上に並ぶと、変数が独立でなくなるの
で、避けなければならない。地球中心の設定の場
合にはそういうことは起こり得ない。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this example, there are three captured satellites, and the user's height is an invariant estimate (fixed) KHT. The calculation processing method will be explained with reference to the flowchart of FIG. Difference in captured satellites
Since DN=1, only one virtual satellite is required. In this example, it is placed at the center of the earth. The virtual satellite can be any point in the air, on the ground, or inside the earth, but if the line of sight from the user's estimated position to the virtual satellite is in the same direction as the acquired satellite, the variables will no longer be independent, so this must be avoided. It won't happen. This cannot happen in a geocentric setting.

先ず、(PO)で、捕捉衛星S1、S2、S3のデカル
ト座標、および各衛星の疑似レンジの測定値
MSRi:1〜3を入力する。ここで前者は各衛星
の軌道パラメータとユーザ時計を使つて、他のル
ーチンで算出したものである。後者は受信機から
得た値である。
First, at (PO), the Cartesian coordinates of captured satellites S 1 , S 2 , S 3 and the measured value of the pseudo range of each satellite
MSR i : Enter 1 to 3. Here, the former is calculated by another routine using the orbital parameters of each satellite and the user's clock. The latter is the value obtained from the receiver.

(P1)でユーザとして推定緯度PLT、推定経
度PLG、高ささKHT(固定)および時間オフセ
ツト推定値PBを入力する。Pの頭字は推定値で
あることを示す。推定値はかなり任意でよいが、
真値に近い程反復計算回数は少なくなる。連続的
に、衛星データを入力し計算する場合には、前回
の計算結果が自動的に入力するようにする。高さ
はこの例では固定値になる。
In (P1), the user inputs the estimated latitude PLT, estimated longitude PLG, height KHT (fixed), and estimated time offset PB. The initial P indicates an estimated value. The estimated value can be quite arbitrary, but
The closer the value is to the true value, the fewer the number of iterative calculations will be required. When satellite data is continuously input and calculated, the previous calculation results are automatically input. The height is a fixed value in this example.

次に(P2)で、ユーザ座標を、デカルト座標
系の座標に変換する。なお時間オフセツトは座標
系に無関係であるが、各座標系というときはその
中に含ませるものとする。
Next, in (P2), the user coordinates are converted to coordinates in the Cartesian coordinate system. Note that although the time offset is unrelated to the coordinate system, when referring to each coordinate system, it is included in each coordinate system.

次に(P3)で、地球中心に置いた仮想衛星S4
の疑似レンジを、ユーザ推定座標から計算して、
これをMSR4とする。したがつて(P4)に示すよ
うに、4個の衛星S1〜S4につきMSRが決まり、
(2)式に示す連立位置方程式が作成される。次に
(P5)で連立位置方程式をとき、ユーザ位置X、
Y、Zおよび時間オフセツトBを算出する。次に
(P6)で、ユーザ位置X、Y.Zからそれに対応し
た曲線座標位置LT、LG、HTを計算しておく。
Next, at (P3), the virtual satellite S 4 placed at the center of the earth
Calculate the pseudo range of from the user estimated coordinates,
This is called MSR 4 . Therefore, as shown in (P4), the MSR is determined for the four satellites S 1 to S 4 ,
The simultaneous position equations shown in equation (2) are created. Next, in (P5), when the simultaneous position equations are set, the user position
Calculate Y, Z and time offset B. Next, in (P6), the corresponding curved coordinate positions LT, LG, and HT are calculated from the user positions X and YZ.

反復の終了などをきめる判断処理手段は、一義
的にはきめられず、種々のものが考えられる。こ
の第1図の場合には、(P7)で捕捉衛星の1個、
仮想衛星の1個につついて、各々の疑似レンジ
PD1、PD4を計算し、(P8)でMSR1、MSR4
の絶対値差が微小差EPS以内に入るか否かを検討
する。EPS以内であれば、(P10)で、測定し得
たLT、LG、KHT、Bとして出力する。なお
(P6)で計算したHTは、(P1)で入力した固定
KHTと多少の差が生ずる場合があつても、
KHTとして出力する。
The determination processing means for determining the end of repetition, etc. cannot be uniquely determined, and various methods can be considered. In the case of this figure 1, one of the captured satellites is (P7),
Each pseudo range for one of the virtual satellites
PD1 and PD4 are calculated, and in (P8) it is examined whether the absolute value difference with MSR 1 and MSR 4 is within the minute difference EPS. If it is within EPS, output as the measured LT, LG, KHT, and B at (P10). Note that the HT calculated in (P6) is the fixed value entered in (P1).
Even if there may be some differences from KHT,
Output as KHT.

もし、微小差EPS以内に入らない場合には、反
復計算のため、(P9)において、KHTはそのま
まで、他の変数LT、LG、Bを推定値PLT、
PLG、PBとして置換し、(P2)に戻り、反復演
算を行なう。
If the difference is not within the small difference EPS, in (P9), KHT is left as is, and the other variables LT, LG, and B are set to the estimated value PLT, because of the iterative calculation.
Replace as PLG and PB, return to (P2), and perform the iterative operation.

ところで、第1図のフローチヤートの過程で、
もしも高さの設定値KHT(固定)が真値とかけ
離れていると、その分だけ時間オフセツトBや緯
度LT、経度LGの精度劣化を招くので、受信衛星
が4個未満の際の高さの設定値KHTはできるだ
け真値に近い値にしなければらないが、一般の平
地を走行している場合などには地図上の等高線か
ら現在地の標高を容易に知ることができる。
By the way, in the process of the flowchart in Figure 1,
If the height setting value KHT (fixed) is far from the true value, the accuracy of time offset B, latitude LT, and longitude LG will be degraded by that amount. The set value KHT must be as close to the true value as possible, but if you are driving on flat ground, you can easily find out the altitude of your current location from the contour lines on the map.

収斂判定条件は、前に述べたように多様に考え
られる。たとえば第1図の(P8)では、MSRと
PDとの差をとつているが、曲線座標系における
ユーザ座標(緯度・経度・高さ・時間オフセツ
ト)を最初に推定値として入れているから、計算
したそれぞれの値を前記推定値との差の絶対値が
EPS以下になれば、正しく演算されたものとみな
し、演算を終了するようにもできる。各座標値と
その推定値との差の絶対値判稚定条件式は次のよ
うに、 ABS(LT-PLT)<EPS1、 ABS(LG-PLG)<EPS2、 ABS(HT-KHT)<EPS3、 ABS(B-PB)<EPS4 がすべて満たされることである。
As mentioned above, various convergence determination conditions can be considered. For example, in Figure 1 (P8), MSR and
The difference from PD is calculated, but since the user coordinates (latitude, longitude, height, time offset) in the curved coordinate system are first entered as estimated values, each calculated value is calculated as the difference from the estimated value. The absolute value of
If the value is less than or equal to EPS, it is assumed that the calculation was performed correctly, and the calculation can be terminated. The conditional expressions for determining the absolute value of the difference between each coordinate value and its estimated value are as follows: ABS(LT-PLT)<EPS1, ABS(LG-PLG)<EPS2, ABS(HT-KHT)<EPS3 , ABS(B-PB)<EPS4 are all satisfied.

次に、本発明の演算処理方法を用いた装置につ
き、第2図を参照して説明する。この装置は、衛
星航法受信部1および演算処理部2、表示部3か
らなり、演算処理部2はCPU23およびプログ
ラムROM、一時メモリRAMを含むメモリ24
と、演算処理された緯度LT、経度LG、高さ
HT、時間オフセツトなどの数値を格納するデー
タメモリRAM25とを有する。ただしRAMメ
モリの区分は、物理的にメモリの各単体である必
要はない。演算処理部2は、初期値設定などのた
めの操作卓20と衛星航法受信部1とからの入力
を受領する入力ポート21および演算処理の結果
を出力する出力ポート22を有する。
Next, an apparatus using the arithmetic processing method of the present invention will be explained with reference to FIG. This device consists of a satellite navigation receiving section 1, an arithmetic processing section 2, and a display section 3. The arithmetic processing section 2 includes a CPU 23, a program ROM, and a memory 24 including a temporary memory RAM.
and the calculated latitude LT, longitude LG, and height.
It has a data memory RAM 25 that stores numerical values such as HT and time offset. However, the RAM memory does not have to be physically divided into individual units of memory. The arithmetic processing section 2 has an input port 21 that receives input from a console 20 for setting initial values and the like, the satellite navigation receiving section 1, and an output port 22 that outputs the results of arithmetic processing.

演算処理部2は、衛星航法受信部1からデータ
を得て、本発明に記載した演算処理方法により、
次の受信までの間に演算し、ユーザ座標データを
得て、データメモリ25に格納しておく。次の受
信データの際に、データメモリ25の格納データ
を推定値として利用することにより、連続的にユ
ーザ位置を推定することがきる。操作卓20は、
初期設定、あるいは前の実施例で高さHTを固定
値KHTとしたとき、この値が不適当で修正する
場合などに用いる。第1図で演算不能で終了した
ときは、手動によつて固定値の修正を行ない、次
のGPS受信データデータにより、演算処理する。
表示部3は、演算処理結果を数値またはグラフイ
カルなどの方法で適当に表示する。また、衛星航
法受信部1は、衛星との疑似レンジPDを、測定
値として得る他、衛星情報として必要なデータた
とえば各衛星からの軌道パラメータデータとユー
ザ時計を利利用して衛星のデカルト座標系値Si
X、SiY、SiZを算出して演演算処理部2へ出力
するようにすることもできる。
The arithmetic processing unit 2 obtains data from the satellite navigation receiving unit 1 and performs processing using the arithmetic processing method described in the present invention.
The calculation is performed until the next reception, and the user coordinate data is obtained and stored in the data memory 25. By using the data stored in the data memory 25 as an estimated value when receiving the next received data, the user position can be continuously estimated. The operation console 20 is
This is used in the initial setting or when the height HT is set to the fixed value KHT in the previous embodiment, but this value is inappropriate and needs to be corrected. If the calculation in FIG. 1 is impossible and the process ends, the fixed value is manually corrected and the calculation process is performed using the next GPS received data.
The display unit 3 appropriately displays the results of the calculation process numerically or graphically. In addition to obtaining the pseudorange PD with the satellite as a measured value, the satellite navigation receiving unit 1 also uses necessary data as satellite information, such as orbit parameter data from each satellite and a user clock, to obtain the Cartesian coordinate system of the satellite. Value S i
It is also possible to calculate X, S i Y, and S i Z and output them to the arithmetic processing section 2.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上、説明したように、本発明の演算処理方法
を用いれば、GPS航法の位置計算を捕捉衛星の
個数が4個未満の場合にも、妥当な推定値を
GPS航法の変数の一部に取入れることによつて
連立位置方程式を解くことができる。この連立位
置方程式はデカルト座標系で組立てるものである
から、演算が簡単なため計算の精度・速度を高め
めることができる。捕捉衛星の個数が4個の場合
にも、第1図のフローチヤートでいえば仮想衛星
に関するプロセスを除き捕捉衛星としてi=1〜
3をi=1〜4と変更するだけで全く同様に行な
える。したがつて、捕捉衛星の数が4個か、4個
未満かにわずらわされず統一的に演算処理でき
る。
As explained above, if the arithmetic processing method of the present invention is used, position calculations for GPS navigation can be performed with reasonable estimates even when the number of captured satellites is less than four.
Simultaneous position equations can be solved by incorporating this into some of the GPS navigation variables. Since these simultaneous position equations are assembled using a Cartesian coordinate system, calculations are simple and the accuracy and speed of calculations can be improved. Even if the number of captured satellites is 4, in the flowchart of Figure 1, the captured satellites i = 1 to 1, except for the process related to virtual satellites.
It can be done in exactly the same way by simply changing 3 to i=1 to 4. Therefore, the calculation process can be performed in a unified manner regardless of whether the number of captured satellites is four or less than four.

また、本発明の方法を用いたGPS航法演算処
理装置は、衛星情報をどのような環境条件におい
ても、統一した方法で連続的に演算可能であるか
ら、航法上きわめて有利である。
Furthermore, the GPS navigation processing device using the method of the present invention is extremely advantageous in terms of navigation because it can continuously calculate satellite information in a unified manner under any environmental conditions.

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

第1図は、本発明の方法の一実施例を示すフロ
ーチヤート、第2図は本発明明の演算処理装置の
一例のブロツク図である。 1……衛星航法受信部、2……演算処理部、3
……表示部、20……操作卓、21……入力ポー
ト、22……出力ポート、23………CPU、2
4……メモリ、25……データメモリ。
FIG. 1 is a flowchart showing an embodiment of the method of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram of an example of the arithmetic processing device of the present invention. 1... Satellite navigation receiving section, 2... Arithmetic processing section, 3
...Display unit, 20...Operation console, 21...Input port, 22...Output port, 23...CPU, 2
4...Memory, 25...Data memory.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ユーザが衛星を捕捉し、衛星の位置情報およ
び衛星との間の擬似レンジPDの測定値MSRを得
て、連立位置方程式からユーザ位置を演算処理し
て求めるGPS航法において、 (a) 緯度・経度・高さおよび時間オフセツトの4
個の変数(但し、捕捉衛星が4個未満の場合に
は4個のうちDN(=4―捕捉衛星数)個が不
変に保たれる)を有する曲線座標系内のユーザ
位置の推定値をユーザ推定位置として入力し、
この入力したユーザ推定位置を3個の位置変数
と時間オフセツトから成る4個の変数(但し、
捕捉衛星が4個未満の場合には4個のうちDN
個が不変に保たれる)を有するデカルト座標系
内のユーザ推定位置に変換する処理と、 (b) 前記デカルト座標系の適宜な位置に仮想した
前記DN個の仮想衛星の各擬似レンジPDを前
記変換済みのデカルト座標系内のユーザ推定位
置と各仮想衛星の各仮想位置から計算し、この
計算結果をDN個の仮想衛星MSRとして決定
する仮想衛星MSR決定処理と、 (c) 前記(b)で決定したDN個の仮想衛星MSRを
含む場合がある4個のMSRから、前記デカル
ト座標系内の4個の連立位置方程式を作成する
処理と、 (d) 前記作成済みの連立位置方程式を解いて4個
の解を求める処理と、 (e) 前記(d)で求めた4個の解から不変に保たれる
DN個を除いた個数の解をデカルト座標系内の
ユーザ推定位置の新たな値として設定し直した
のち、前記(b)から(d)までの処理を反復させる
か、又は、前記(d)で求めた4個の解から不変に
保たれるDN個を除いた個数の解を前記曲線座
標系内の位置に変換し、曲線座標系内のユーザ
推定位置の新たな値として設定し直したのち、
前記(a)から(d)までの処理を反復させる反復処理
と、 (f) 前記反復処理の収斂を判定し、収斂する場合
には前記反復処理を終え、連立位置方程式の解
を曲線座標系に変換して演算結果として出力
し、収斂しない場合には前記反復処理を中止す
る判定処理と、 を有することを特徴とするGPS航法演算処理方
法。 2 前記(f)の判定処理は、 仮想衛星の1つおよび捕捉衛星の1つまたはそ
の一方について、前記連立位置方程式の解から演
算した擬似レンジが捕捉衛星の場合にはその
MSRから、仮想衛星の場合には前記仮想衛星
MSRから所定の微小範囲内にあれば収斂と判定
することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
のGPS航法演算処理方法。 3 ユーザが衛星を捕捉し、衛星の位置情報およ
び衛星との間の擬似レンジPDの測定値MSRを得
て、連立位置方程式からユーザ位置を演算処理し
て求めるGPS航法演算処理装置において、 (a) 緯度・経度・高さおよび時間オフセツトの4
個の変数(但し、捕捉衛星が4個未満の場合に
は4個のうちDN(=4―捕捉衛星数)個が不
変に保たれる)を有する曲線座標系内のユーザ
位置の推定値をユーザ推定位置として入力し、
この入力したユーザ推定位置を3個の位置変数
と時間オフセツトから成る4個の変数(但し、
捕捉衛星が4個未満の場合には4個のうちDN
個が不変に保たれる)を有するデカルト座標系
内のユーザ推定位置に変換する入力・変換手段
と、 (b) 前記デカルト座標系の適宜な位置に仮想した
前記DN個の仮想衛星の各擬似レンジPDを前
記変換済みのデカルト座標系内のユーザ推定位
置と各仮想衛星の各仮想位置から計算し、この
計算結果をDN個の仮想衛星MSRとして決定
する仮想衛星MSR決定手段と、 (c) 前記(b)で決定したDN個の仮想衛星MSRを
含む場合がある4個のMSRから、前記デカル
ト座標系内の4個の連立位置方程式を作成する
手段と、 (d) 前記作成済みの連立位置方程式を解いて4個
の解を求める手段と、 (e) 前記(d)で求めた4個の解から不変に保たれる
DN個を除いた個数の解をデカルト座標系内の
ユーザ推定位置の新たな値として設定し直した
のち、前記(b)から(d)までの処理を反復させる
か、又は、前記(d)で求めた4個の解から不変に
保たれるDN個を除いた個数の解を前記曲線座
標系内の位置に変換し、曲線座標系内のユーザ
推定位置の新たな値として設定し直したのち、
前記(a)から(d)までの処理を反復させる反復手段
と、 (f) 前記反復手段による反復処理の収斂を判定
し、収斂する場合には前記反復処理を終え、連
立位置方程式の解を曲線座標系に変換して演算
結果として出力し、収斂しない場合には前記反
復処理を中止する判定手段と、 (g) 前記判定手段が出力した演算結果を保存し、
次回の演算に際し前記ユーザ推定位置として前
記入力・変換手段に供給する演算結果保存・供
給手段と を備えたことを特徴とするGPS航法演算処理装
置。
[Claims] 1. In GPS navigation in which a user captures a satellite, obtains the satellite's position information and the measured value MSR of the pseudo range PD between the satellite and calculates the user's position from simultaneous position equations. , (a) latitude, longitude, height, and time offset.
(However, if the number of captured satellites is less than 4, DN (= 4 - number of captured satellites) of the 4 is kept unchanged). Enter it as the user's estimated location,
The input estimated user position is expressed in four variables consisting of three position variables and a time offset (however,
If the number of captured satellites is less than 4, the DN of the 4
(b) converting each of the pseudo ranges PD of the DN virtual satellites virtualized to appropriate positions in the Cartesian coordinate system into a user estimated position in a Cartesian coordinate system with a virtual satellite MSR determination process of calculating from the user's estimated position in the transformed Cartesian coordinate system and each virtual position of each virtual satellite, and determining the calculation results as DN virtual satellite MSRs; (c) the above (b) ) to create four simultaneous position equations in the Cartesian coordinate system from four MSRs that may include the DN virtual satellite MSRs determined in (d) the process of creating four simultaneous position equations in the Cartesian coordinate system; The process of solving and finding four solutions, and (e) keeping unchanged from the four solutions found in (d) above.
After resetting the number of solutions excluding DN as new values of the user's estimated position in the Cartesian coordinate system, repeat the processes from (b) to (d) above, or The number of solutions obtained by excluding the DN number, which is kept unchanged, from the four solutions obtained is converted to the position in the curved coordinate system, and set as the new value of the user's estimated position in the curved coordinate system. after,
an iterative process of repeating the processes from (a) to (d); and (f) determining convergence of the iterative process, and if convergence is found, finishing the iterative process and converting the solution of the simultaneous position equations into a curved coordinate system. A GPS navigation calculation processing method, comprising: a determination process of converting the resultant into a calculation result and outputting the result as a calculation result, and stopping the iterative process if the convergence does not occur. 2. The determination process in (f) above determines whether the pseudo range calculated from the solution of the simultaneous position equations for one of the virtual satellites and one or both of the captured satellites is the captured satellite.
From the MSR, in the case of a virtual satellite, the said virtual satellite
2. The GPS navigation calculation processing method according to claim 1, wherein convergence is determined if it is within a predetermined minute range from the MSR. (a ) Latitude, longitude, height and time offset 4
(However, if the number of captured satellites is less than 4, DN (= 4 - number of captured satellites) of the 4 is kept unchanged). Enter it as the user's estimated location,
The input estimated user position is expressed in four variables consisting of three position variables and a time offset (however,
If the number of captured satellites is less than 4, the DN of the 4
(b) each of the DN virtual satellites virtualized at an appropriate position in the Cartesian coordinate system; (c) virtual satellite MSR determining means for calculating a range PD from the user's estimated position in the transformed Cartesian coordinate system and each virtual position of each virtual satellite, and determining the calculation results as DN virtual satellite MSRs; means for creating four simultaneous position equations in the Cartesian coordinate system from four MSRs that may include the DN virtual satellite MSRs determined in (b) above; (d) the created simultaneous position equations; (e) means to solve the position equation to obtain four solutions, and (e) remain unchanged from the four solutions obtained in (d) above.
After resetting the number of solutions excluding DN as new values of the user's estimated position in the Cartesian coordinate system, repeat the processes from (b) to (d) above, or The number of solutions obtained by excluding the DN number, which is kept unchanged, from the four solutions obtained is converted to the position in the curved coordinate system, and set as the new value of the user's estimated position in the curved coordinate system. after,
an iterative means for repeating the processes from (a) to (d); (f) determining convergence of the iterative process by the iterating means, and if convergence is found, finishing the iterative process and solving the simultaneous position equations; (g) a determining means for converting into a curved coordinate system and outputting the result as a calculation result, and stopping the iterative processing if the result does not converge; (g) storing the calculation result output by the determining means;
A GPS navigation arithmetic processing device comprising: a calculation result storage/supply means for supplying the user's estimated position to the input/conversion means in the next calculation.
JP28064786A 1986-11-27 1986-11-27 Gps navigation arithmetic processing method, and gps navigation arithmetic processor using said method Granted JPS63134975A (en)

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