JPH06201813A - 移動体の位置評定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】ベクトル検出手段１０２、基準固定局１０３、
測距／通信手段１０４、誤差推定手段１０５、絶対位置
検出手段１０６、移動体位置評定手段１０７、高度検出
手段１０８からなる。基準固定局１０３と複数の移動体
それぞれ、及び複数の移動体間それぞれの距離情報、ベ
クトル検出手段１０２からの位置情報、高度検出手段１
０８からの高度情報を用いて絶対位置検出手段１０６に
より絶対位置を算出し、同じくこれらの情報を用いて誤
差推定手段１０５により誤差推定を行い、絶対位置算出
値と誤差推定値を移動体位置評定手段１０７において合
成することにより、複数の移動体の絶対位置を推定す
る。 【効果】複数の移動体が存在するときに、ＧＰＳ等の絶
対位置検出手段が利用不可能な場合でも、一つの基準固
定局を設けることで、正確な相対位置関係の推定を維持
しつつ、絶対位置が評定可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動体の位置評定方法
およびそのための装置に係り、特に、複数の航空機によ
る飛行訓練等、三次元の空間を移動する複数の移動体が
存在する場合に、それらの位置評定に好適な移動体の位
置評定方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、航空機等移動体の位置を推定
する方法として、ハイブリッド航法システムと呼ばれて
いるもの、２次レーダ方法と呼ばれているもの等があ
る。前者に関するものとしては、日本航空宇宙学会誌第
３５巻 第３９６号（１９８７年１月）等に掲載されて
いるものがある。また、後者に関するものとしては、Ｃ
ＯＭＰ−ＵＴＥＲ ＤＥＳＩＧＮ（１９８１年１月）等
に掲載されているＴＡＣＴＳ／ＡＣＭＩ等がある。

【０００３】前記ハイブリッド航法システムにおける絶
対位置検出手段としての電波航法装置は、複数の衛星
（オメガ、ロランまたはＧＰＳ衛星）と、これら衛星か
らの測距情報等の受信機を有するものである。この電波
航法装置は、航空機等移動体と衛星との距離を計測する
ことにより、絶対位置、速度を求めることができる。ベ
クトル検出手段としての慣性航法装置は、ジャイロ、加
速度センサ等を備え、移動体の位置、速度および移動方
位等を求める。電波航法装置により測定された前記の距
離情報あるいは移動体の位置情報と、慣性航法装置によ
り求まる移動体の位置、速度方位情報（ベクトル情報）
とは、移動体位置推定手段としてのカルマンフィルタ等
に入力される。カルマンフィルタは、これらの情報に基
づいて、逐次の演算を行い、移動体位置の最適推定を行
う。

【０００４】また、２次レーダ方法おける絶対位置検出
手段としての電波航法装置は、問い合わせ／応答機（ト
ランスポンダ）と呼ばれる手段を、地上に設置する複数
の基準固定局と、航空機等の移動体との双方に設けて構
成される。この電波航法装置は、基準固定局から航空機
等の移動体に問合わせ電波を発信し、航空機等に搭載さ
れた応答機からの応答時間を計測し、距離を算出するこ
とにより、双曲線法あるいは三点交角法などを用いて、
航空機等移動体の絶対位置を求めるものである。ベクト
ル検出手段としての慣性航法装置は、ジャイロ、加速度
センサ等を備え、移動体の位置、速度および移動方位等
を求める。電波航法装置により測定された前記の距離情
報、または、移動体の位置情報と慣性航法装置により求
まる移動体の速度方位情報（ベクトル情報）は、移動体
位置推定手段としてのカルマンフィルタに入力される。
カルマンフィルタは、これらの情報に基づいて逐次の演
算を行い移動体位置の最適推定を行うものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の移動体位置推定装置にあっては、基準局とな
るロラン衛星やＧＰＳ衛星が利用不可能な場合は、運用
不可能という問題がある。

【０００６】また、従来の２次レーダ方式の場合には、
特定の範囲の中に少なくとも３箇所以上の基準局となる
レーダ装置、トランスポンダ等を適正に配置する必要が
ある。このため、設置／運用コストが大きいという問題
がある。特に、沿岸あるいは離島上では配置が困難であ
るという問題がある。

【０００７】本発明の目的は、複数の航空機による飛行
訓練等の状況において上記の問題点を改善し、衛星航法
装置または複数のレーダ局等、複数の基準局が利用不可
能な場合に、単一の基準固定局を設置することにより、
精度の良い移動体の位置推定を可能とする移動体の位置
評定方法および装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の一態様によれば、位置が既知である１の基
準固定局と、複数の移動体とが配置されている場合にお
ける移動体の位置評定方法であって、上記基準固定局と
各移動体との距離および移動体相互間の距離をそれぞれ
通信手段を用いて測定し、複数の移動体の各位置を示す
未知座標値を、上記１の基準固定局の位置を示す既知座
標値と、それぞれの相互間の距離の測定値とを用いて、
解析幾何学的に演算することにより求めることを特徴と
する移動体の位置評定方法が提供される。

【０００９】上記態様において、複数の移動体の各々に
おいて、当該移動体の運動状態を示すベクトル量を積分
して、少なくとも位置の情報を求め、上記ベクトル量の
積分から得られる位置情報と、上記基準固定局と各移動
体について求められた距離から解析幾何学的演算によっ
て得られた位置情報とについての計測誤差が、最小とな
るように、逐次推定を行なって、位置の誤差の推定値を
求め、この推定値と上記ベクトル量の積分から得られた
位置情報とから、位置を評定する構成とすることができ
る。

【００１０】移動体が３以上ある場合に、１の頂点に上
記基準固定局が位置し、他の２頂点に任意の移動体がそ
れぞれ位置して形成される三角形が、最も正三角形に近
くなる２つの移動体と基準固定局との組合せについて、
上記解析幾何学的演算を実行して、２つの移動体の位置
を求め、位置座標値が求められた複数の移動体および基
準固定局のいずれか２点と、位置が未知の移動体とで構
成される三角形が最も正三角形に近くなる組合せについ
て、上記解析幾何学的演算を実行して、２つの移動体の
位置を求め、以下、この演算を繰り返して、未知の移動
体の位置座標を求める構成とすることができる。

【００１１】上記移動体が航空機である場合において、
各航空機で、その高度を測定して、高度の情報をさらに
用いて、上記解析幾何学的演算を実行することもでき
る。

【００１２】また、上記複数の移動体の各々において、
当該移動体の運動状態を示すベクトル量を積分して、移
動体の速度をさらに求め、上記基準固定局と各移動体と
の距離および移動体相互間の距離の変化率をそれぞれ通
信手段を用いてさらに測定し、変化率の情報から、各移
動体の速度を求めることができる。

【００１３】また、本発明の他の態様によれば、位置が
既知である１の基準固定局と、複数の移動体とが配置さ
れている場合における移動体の位置を評定する移動体位
置評定装置であって、上記基準固定局と各移動体とにそ
れぞれ設けられて、基準固定局と各移動体との間および
移動体相互間で通信を行なうと共に、通信を用いて距離
および移動体相互間の距離をそれぞれ測定する測距／通
信手段と、上記基準固定局および各移動体のいずれかに
設けられ、上記基準固定局の位置を示す既知座標値と、
それぞれの相互間の距離の測定値とを用いて、複数の移
動体の各位置を示す未知座標値を、解析幾何学的に演算
する絶対位置検出手段とを備えることを特徴とする移動
体の位置評定装置が提供される。

【００１４】上記態様において、移動体に搭載されて、
当該移動体の運動状態を示すベクトル量を積分して、少
なくとも位置の情報を求めるベクトル検出手段と、上記
ベクトル検出手段により得られる位置情報と、上記絶対
位置検出手段によって求められた位置情報とについて、
それらの計測誤差が最小となるように逐次推定して、位
置の誤差推定値を求め、この誤差の推定値と、上記ベク
トル検出手段により得られる位置情報とを合成して、位
置の推定値を求める移動体位置評定手段とをさらに有す
る構成とすることができる。

【００１５】また、上記移動体が航空機である場合にお
いて、各航空機に、その高度を測定する高度検出手段を
さらに備えるものであることができる。

【００１６】

【作用】本発明は、１の基準固定局と複数の移動体の相
互間の距離を通信手段を介して測定し、既知の座標と、
距離の測定値に基づいて、解析幾何学的に、各移動体の
位置情報を求める。これにより、単一の基準固定局を設
置するだけで、複数の移動体の位置評定を可能としてい
る。衛星航法装置等からなる絶対位置の利用が不可能な
場合、或いは、地上に複数の基準局を設置不可能な場合
でも複数の移動体の位置評定が可能となる。

【００１７】この場合、基準固定局と複数の移動体の中
から順次、幾何学的に位置を計算するための頂点とする
対象を決定し、計測した移動体相互の距離等の情報から
絶対位置を算出することにより、演算精度を上げてい
る。また、移動体の運動状態を表わすベクトル量を積分
して位置情報を求め、この位置情報と、上記測距により
もとめられた位置情報との誤差を最小にする推定を行な
って、位置の誤差の推定値を求め、この推定値とベクト
ル量の積分値から得られる位置情報とを合成することに
より、より精度のよい、位置情報の推定値が得られる。
すなわち、複数の移動体の相対位置を算出する場合、衛
星航法装置等からなる絶対位置に基づき相対位置を算出
するのに比較し、測距／通信手段および絶対位置検出手
段により求めた相対距離情報および絶対位置情報を利用
することにより、より正確な相対位置関係が求められ
る。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１９】図１は、本発明の実施例の装置構造の概要
を示すブロック図である。本実施例は、本発明の位置評
定装置を、ＧＰＳを用いた絶対位置評定の冗長手段とし
て組み合わせた場合の一例である。図２は、本発明の一
実施例である移動体の位置評定方法の概念図である。本
例では、基準固定局１０３と、移動体として３機の航空
機２０１〜２０３とが存在する場合を考える。

【００２０】本実施例では、基準固定局１０３に、自己
位置検出のためのＧＰＳ受信機１０１と、航空機との間
でそれらとの距離を測定すると共に、データの通信を行
なうための測距／通信手段１０４と、絶対位置を検出す
るための絶対位置検出手段１０６と、得られた検出値に
基づいて、速度推定値および位置推定値を求める移動体
位置評定手段１０７とを有する。また、航空機２０１〜
２０３に各々に、自己位置検出のためのＧＰＳ受信機２
１１と、当該航空機の始点からの運動状態を示すベクト
ル量を検出するベクトル検出手段２１２と、当該航空機
の行動を検出するための高度検出手段２１３と、基準固
定局１０３および他の航空機との間でそれらとの距離を
測定すると共に、データの通信を行なうための測距／通
信手段２１４とが搭載される。

【００２１】ＧＰＳ受信機１０１，２１１は、ＧＰＳ衛
星２００からの受信信号をもとに、自己位置を検出する
手段である。基準となる衛星は、高精度の自己位置、時
刻等を発信している。航空機２０１〜２０３は、当該Ｇ
ＰＳ衛星２００からの電波を受信し、その伝搬時間から
衛星と航空機自身との距離を算出することができる。こ
の電波は、同時期に４つ以上の衛星から受信可能状態に
あり、各航空機２０１〜２０３は、４つの衛星の位置、
時刻、及び、衛星と航空機自身との距離から、三角測量
的に航空機自身の位置を算出するものである。但し、Ｇ
ＰＳからの情報による位置計測可能な周期は、ＧＰＳの
システム的制約から秒単位となり、航空機等の高速かつ
高加速度を持つ移動体の位置評定に単独で用いるには適
さない。このため、以下に述べるベクトル検出手段２１
２を組合せたハイブリッド方式を構成することが一般的
になっている。

【００２２】高度検出手段２１３は、当該航空機の行動
を検出するものである。高度検出手段２１３としては、
気圧高度計、電波高度計等を用いることが考えられる。
なお、ベクトル検出手段１０２によっても高度情報が得
られるので、それによる場合には、高度検出手段２１３
は省略してもよい。また、複数の航空機のいずれかが搭
載していればよいので、一部の航空機における搭載を省
略することもできる。

【００２３】ベクトル検出手段２１２は、複数の航空機
２０１〜２０３のそれぞれに搭載され、航空機の加速
度、速度等を検出するもので、慣性航法装置を用いる。
例えば、上述したように、ジャイロ、加速度センサ等を
備え、航空機の位置、速度および移動方位等を求めるも
のである。航空機２０１〜２０３において、ベクトル検
出手段２１２は、始点等の特定の位置でそれぞれ初期化
され、その時点から検出される加速度を積分すること
で、搭載されている航空機の自己の速度および位置を算
出するものである。ベクトル検出手段２１２による算出
位置は、ベクトル検出手段２１２に固有の誤差特性を持
ち、これを積分するという処理の性質から、短時間での
精度はすぐれているが、時間とともに誤差が累積し増大
していくという性質を持つ。

【００２４】これを補正するため、前記のＧＰＳ受信機
１０１により求める衛星との距離情報、絶対位置情報等
と、ベクトル検出手段２１２より求める速度、加速度、
位置情報を組み合せて、誤差推定手段１０５である拡張
カルマンフィルタを用いて誤差を推定する。すなわち、
拡張カルマンフィルタは、前記の情報から逐次の誤差を
推定する。そして、移動体位置評定手段１０７は、ベク
トル検出手段２１２より求める速度および位置情報に、
それぞれフィードバックすることで、常に高精度の速度
推定値Ｖ（＾）、位置推定値Ｐ（＾）の情報を得る。

【００２５】本実施例では、上記のハイブリッド位置評
定装置に加えて、一つの基準固定局１０３と、当該基準
固定局及び航空機２０１〜２０３に搭載する測距／通信
手段１０４を設け、当該基準固定局１０３と航空機２０
１〜２０３それぞれとの距離、航空機２０１〜２０３相
互の距離を測定し、以下に記述する方法によって、それ
ぞれの航空機の位置評定を行う方法及び装置を構成する
ものである。

【００２６】図４は、このようなシステムにおける手順
を示すフローチャートである。本実施例のシステムは、
各航空機２０１〜２０３において、ベクトル検出手段２
１１によりベクトル情報を積分して、速度（ｖ）と位置
（Ｐ）を求める（ステップ４０１）。次に、ＧＳＰによ
り距離測定ができるか否か判定する（ステップ４０１
ａ）。

【００２７】ＧＳＰが使用できる場合には、ＧＳＰ受信
機により、目的のＧＳＰ受信機までの距離ρおよびその
変化率Δρを求める（ステップ４０２）。そして、それ
らの情報に基づいて、その航空機についての絶対位置
（Ｐ’）および速度（ｖ’）を求める（ステップ４０
４）。さらに、位置の変化率の推定値ΔＰ（＾）および
速度の変化率の推定値Δｖ（＾）を求める。そして、こ
れらから、位置の推定値Ｐ（＾）および速度の推定値ｖ
（＾）を求める（ステップ４０５）。

【００２８】ＧＳＰが使用できない場合には、本発明の
固有の方法を用いて、位置の推定値Ｐ（＾）および速度
の推定値ｖ（＾）を求める。すなわち、固定局と各航空
機との距離Ｒと、距離の変化率ΔＲと、航空機間の距離
ｒを求める（ステップ４０３）。それに基づいて、その
航空機についての絶対位置（Ｐ”）および速度（ｖ”）
を求める（ステップ４０６）。さらに、位置の変化率の
推定値ΔＰ’（＾）および速度の変化率の推定値Δｖ’
（＾）を求める。そして、これらから、位置の推定値Ｐ
（＾）および速度の推定値ｖ（＾）を求める（ステップ
４０７）。

【００２９】以下に、本実施例の位置評定方法及び装置
について詳細に説明する。基準固定局１０３と航空機２
０１〜２０３は、それぞれ測距／通信手段１０４，２１
４を備える。基準固定局１０３の測距／通信手段１０４
は、まず自身が親局となり、航空機２０１〜２０３との
距離Ｒ₁〜Ｒ₃、距離の変化率ΔＲ₁〜ΔＲ_３を所定の周
期で測定する。次に、基準固定局１０３からの指示によ
り、航空機２０１〜２０３のいずれか又は全てが順次親
局となって、航空機２０１〜２０３それぞれの間の距離
ｒ_１２〜ｒ₃₁を、やはり所定の周期で測定する。

【００３０】ここで、測距／通信手段１０４内で実行す
る距離の測定方法について、図３を用いて具体的に説明
する。図３は、測距／通信手段により、基準固定局と移
動体との距離を測定し、幾何学的に位置を決定していく
機能を実現することができる部分を含む、本実施例のハ
ードウェア構成の一例である。

【００３１】基準固定局１０３側のシステムは、問い合
わせ応答部３０１と、通信制御を行なう固定局通信制御
部３０２と、固定局演算部３０３とを有し、これらがバ
ス３１０で接続されている。固定局演算部３０３は、コ
ンピュータシステムを構成するものであり、例えば、中
央処理ユニット（ＣＰＵ）、メモリ等を有する。

【００３２】航空機側のシステムは、問合わせ／応答部
３０４と、通信制御を行なう機上通信制御部３０５と、
機上演算部３０６と、上記したＧＰＳ受信機２１１、ベ
クトル検出手段２１２および高度検出手段２１３とを有
する。これらは、バス３１１を介して接続されている。

【００３３】問合わせ／応答部３０１及び３０４は、デ
ータ通信のフロントエンドとなると共に、電波伝搬時間
を計測する機能を有する。固定局通信制御部３０２およ
び機上通信制御部３０５は、それぞれ問合わせ／応答部
３０１及び３０４を介し、測距、データ通信の制御を行
う。固定局演算部３０３および機上演算部３０６は、そ
れぞれ電波伝搬時間から距離を算出する等の処理を実行
する。これらの各部により、測距／通信手段が実現され
る。本例の測距手段の具体的手段としては、スペクトラ
ム拡散通信によるパルス測距を用いるものとする。な
お、機上演算部３０６は、コンピュータシステムを構成
するものであり、例えば、中央処理ユニット（ＣＰ
Ｕ）、メモリ等を有する。

【００３４】次に、一例として、固定局１０３と航空機
２０１〜２０３の間の測距について説明する。固定局１
０３内の通信制御部３０２は、測距の指令信号及び宛先
アドレスを、問合わせ／応答部３０１を介し、航空機２
０１〜２０３に送信する。送信された宛先アドレスに合
致した航空機の問合わせ／応答部３０４は、これを受信
し、ただちに測距応答信号を固定局１０３へ返送する。
この測距応答信号は、固定局１０３の問合わせ／応答部
３０１にて所定のサンプリング周波数で、即ち、４ｍの
分解能が必要な場合であれば約７０ＭＨｚでサンプリン
グされ、往復の伝搬時間ｔ_pi（ｉ＝１〜３）を計測す
る。この計測を、３機の航空機２０１〜２０３のそれぞ
れについて行なう。固定局演算部３０３では、この伝搬
時間ｔ_piから、固定局１０３と航空機２０１〜２０３と
の間の距離Ｒ_i(ｉ＝１〜３)及び距離の変化率ΔＲ_i(ｉ
＝１〜３)を算出する。

【００３５】航空機２０１〜２０３相互の測距の場合
は、以下のように行う。すなわち、固定局１０３は、所
定の航空機、例えば、航空機２０１を報告機として指定
し、航空機２０１に相当する宛先アドレス及び測距指令
付き信号を送信する。測距指令としては、例えば、“航
空機２０１は親局となり、自身と航空機２０２の距離及
び自身と航空機２０３の距離を測定せよ”という如き内
容を符号化したものとする。これを受信した航空機２０
１は、前述と同様の手段で、航空機２０２、２０３との
測距を行った後、それらの距離情報を固定局１０３へと
報告するものである。

【００３６】以下、同様にして、固定局と全ての航空
機、航空機相互の距離及び距離の変化率を計測する。計
測された距離及び距離の変化率情報は、絶対位置検出手
段１０６に与えられ、絶対位置情報に変換される。

【００３７】以上のようにして測定した、一つの基準固
定局１０３と航空機２０１〜２０３各々との距離Ｒ₁〜
Ｒ₃、距離の変化率ΔＲ₁〜ΔＲ₃、航空機２０１〜２０
３それぞれの間の距離ｒ₁₂〜ｒ₃₁を用いて、絶対位置を
求める絶対位置検出手段１０６について、さらに説明す
る。

【００３８】いま、基準固定局１０３の座標をＰ
（Ｘ_P，Ｙ_P，Ｚ_P）、航空機２０１〜２０３の座標を、
Ａ₁(Ｘ₁，Ｙ₁，Ｚ₁)、Ａ₂(Ｘ₂，Ｙ₂，Ｚ₂)、Ａ₃(Ｘ₃，
Ｙ₃，Ｚ₃)とすると、基準固定局１０３と航空機２０１
〜２０３各々との距離Ｒ₁〜Ｒ₃、航空機２０１〜２０３
それぞれの間の距離ｒ₁₂〜ｒ₃₁の関係は、それぞれ次式
のように表わすことができる。

【００３９】 Ｒ₁＝√｛（Ｘ_P−Ｘ₁）²＋（Ｙ_P−Ｙ₁）²＋（Ｚ_P−Ｚ₁）²｝ …（数１） Ｒ₂＝√｛（Ｘ_P−Ｘ₂）²＋（Ｙ_P−Ｙ₂）²＋（Ｚ_P−Ｚ₂）²｝ Ｒ₃＝√｛（Ｘ_P−Ｘ₃）²＋（Ｙ_P−Ｙ₃）²＋（Ｚ_P−Ｚ₃）²｝ ｒ₁₂＝√｛（Ｘ₁−Ｘ₂）²＋（Ｙ₁−Ｙ₂）²＋（Ｚ₁−Ｚ₂）²｝ ｒ₂₃＝√｛（Ｘ₂−Ｘ₃）²＋（Ｙ₂−Ｙ₃）²＋（Ｚ₂−Ｚ₃）²｝ ｒ₃₁＝√｛（Ｘ₃−Ｘ₁）²＋（Ｙ₃−Ｙ₁）²＋（Ｚ₃−Ｚ₁）²｝ この式において、（Ｘ_P，Ｙ_P，Ｚ_P）は既知、（Ｒ₁，Ｒ
₂，Ｒ₃）及び（ｒ₁₂，ｒ₂₃，ｒ₃₁）は測距／通信手段１
０４により求められる。

【００４０】この条件下で、航空２０１のベクトル検出
手段２１２による速度の積分値又は移動体位置評定手段
１０７からの推定値Ａ₁（＾）の利用により、Ａ
₁（Ｘ₁，Ｙ₁，Ｚ₁）を絶対位置として定める。さらに、
高度検出手段２１３より得られた各航空機の高度情報Ｚ
_i（ｉ＝１〜３）を利用すると、航空機２０１〜２０３
集合体の絶対的な位置は、ベクトル検出手段２１２の位
置誤差に支配されはするものの、航空機２０１〜２０３
の相互の位置関係は、測距／通信手段１０４により求め
る測距誤差程度の範囲で求めることができる。

【００４１】この場合の位置誤差は、基準固定局１０３
と複数の航空機のなかで、上記（数１）の計算に用いる
３つの点が構成する３角形の形状に依存する。そこで、
航空機が３機以上存在する場合には、次のステップでＡ
₁〜Ａ₃を決定する。

【００４２】（１）基準固定局１０３から複数の航空機
それぞれとの距離、複数の航空機間それぞれの距離を計
測する。 （２）任意の航空機（Ａ）を選択し、Ａの持つベクトル
検出手段、及び、基準固定局とＡとの距離から、Ａの絶
対位置及び高度（Ｚ）を定める。 （３）基準固定局（Ｐ）とＡを結ぶ線分を一辺とし、比
較的正三角形の頂点に近い位置にある航空機（Ｂ）を探
し出し、Ｐ及びＡからの距離から、Ｂの位置を算出する
（その際、Ｂの高度は、Ｂの持つ高度計等の情報を利用
しても良い）。 （４）Ｐ、Ａ及びＢの何れか２点を結ぶ線分が、比較的
正三角形に近い位置関係ある航空機（Ｃ）を探し出し、
Ｃの位置を算出する（その際、Ｃの高度情報を利用す
る）。 （５）同様の手順で、残りの各航空機の位置を算出す
る。

【００４３】なお、測定した距離情報の誤差は、空間の
伝搬媒質の特性や、問合わせ／応答部の特性に支配され
るが、一般には、幾何学的計算から決定した位置情報か
ら逆算する場合に比較して精度は高い。従って、算出に
使わなかった距離情報を用いて上記の位置計算結果を補
正することにより、より正確な位置を推定することがで
きる。

【００４４】また、上記の手順で求める位置の誤差は、
次のように誤差推定を行うものとする。いま、航空機
（Ａ）のベクトル検出手段により求めた座標をＰ
_A（Ｘ_A，Ｙ_A，Ｚ_A）、基準固定局１０３の座標をＰ
_P（Ｘ_P，Ｙ_P，Ｚ_P）とすると、基準固定局１０３と航空
機（Ａ）の計算距離Ｒ_Aは、次式で表わせる。

【００４５】 Ｒ_A（Ｐ_A，Ｐ_P）＝√｛（Ｘ_P−Ｘ_A）²＋（Ｙ_P−Ｙ_A）²＋（Ｚ_P−Ｚ_A）²｝ …（数２） Ｒ_Aの誤差は、（数２）をテイラー展開し、第１項を考
えると、次式で与えられる。

【００４６】 Ｒ_A＝Ｒ_true−{(Ｘ_P−Ｘ_A)/Ｒ_A)}・δＸ_A−{(Ｙ_P−Ｙ_A)/Ｒ_A)}・δＹ_A −{(Ｚ_P−Ｚ_A)/Ｒ_A)}・δＺ_A＋{(Ｘ_P−Ｘ_A)/Ｒ_A)}・δＸ_P ＋{(Ｙ_P−Ｙ_A)/Ｒ_A)}・δＹ_P＋{(Ｚ_P−Ｚ_A)/Ｒ_A)}・δＺ_P …（数３） ここで、（δＸ_A，δＹ_A，δＺ_A）は、それぞれ、ベク
トル検出手段２１２に固有の誤差成分、（δＸ_P，δ
Ｙ_P，δＺ_P）は、それぞれ基準固定局１０３の既知座標
が誤差を持つ場合の誤差成分である。

【００４７】また、測距／通信手段１０４による測距誤
差は、伝搬媒体の密度等による伝搬誤差（δＥ_R）、ラ
ンダム誤差（Ｖ_R）等を考えた場合、基準固定局１０３
と航空機（Ａ）の測距距離Ｒ_Mは、次式のように示すこ
とができる。

【００４８】 Ｒ_M＝Ｒ_true＋δＥ_R−Ｖ_R …（数４） ここに、ベクトル検出手段２１２及び測距／通信手段１
０４による計測誤差δＺ_Rは、 δＺ_R＝Ｒ_A−Ｒ_M …（数５） と表わすことができる。

【００４９】また、基準固定局１０３と航空機（Ａ）の
距離の変化率ΔＲ_Aは、 Ｒ_A（・）＝ｄＲ_A／ｄｔ …（数６） であり、（数２）を時間微分することにより求め、前記
と同様に、テイラー展開により、その誤差成分を与え
る。

【００５０】また、測距／通信手段１０４により計測す
る、基準固定局１０３と航空機（Ａ）の距離の変化率Δ
Ｒ_Mの測距誤差は、伝搬媒体の密度等による伝搬誤差等
（δＥ_{R R}）、ランダム誤差（Ｖ_RR）等を考え、 Ｒ_M（・）＝Ｒ_true（・）＋δＥ_RR−Ｖ_RR …（数７） と表わすことができる。ここで、ベクトル検出手段２１
２及び測距／通信手段１０４による計測誤差δＺ_RRは、 δＺ_RR＝Ｒ_A（・）−Ｒ_M（・） …（数８） となる。

【００５１】誤差推定手段１０５である拡張カルマンフ
ィルタは、（数５）及び（数８）で示す誤差が最小とな
るよう逐次推定をおこない、位置誤差の推定値｛ΔＰ
（＾）｝、速度誤差の推定値｛ΔＶ（＾）｝を求める。
移動体位置評定手段１０７は、これらの誤差の推定値
を、ベクトル検出手段２１２によって求めた位置、速度
の算出値に合成することで、最適な位置推定値、速度推
定値を与えるものである。

【００５２】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものでなく、要旨の範囲内における種々変形例を含むも
のである。例えば、上述の実施例では、航空機を例に示
しているが、地上における車両等の場合には、見通しの
良い適当な位置に基準固定局を設置することにより、同
様の効果を期待できる。また基準固定局が複数になった
場合には（数１）等の式が、冗長性を持って表現できる
が、上記実施例と同様な処理で位置評定が可能であるこ
とは勿論である。

【００５３】例えば、上記実施例では、ＧＰＳ受信機を
搭載して、ＧＰＳが使用できる場合には、それによっ
て、航空機の位置および速度を求めている。しかし、本
発明は、ＧＰＳを用いないで、航空機の位置および速度
を求めている。そこで、ベクトル検出手段の累積的な誤
差を補正できる手段があるか、または、誤差が累積する
ほど長距離を移動しない場合には、ＧＰＳを用いること
を省略することもできる。図５に、本発明の他の実施例
として、その一例を示す。

【００５４】本実施例は、あらかじめ位置の特定されて
いる一つの基準固定局１０３と、これに対する航空機２
０１を含む複数の航空機とがある場合に適用される。航
空機２０１は、速度および加速度等を検出し、その積分
により位置を算出するベクトル検出手段２１２と、高度
計を用いて複数の移動体それぞれの高度を検出する高度
検出手段２１３と、当該基準固定局１０３と複数の移動
体それぞれとの距離および複数の移動体それぞれの距離
を測定する測距／通信手段２１４とを有する。一方、基
準固定局１０３は、前記ベクトル検出手段２１２・測距
／通信手段２１４からの計測情報の誤差を推定する誤差
推定手段１０５と、ベクトル検出手段２１２からの位置
情報、基準固定局１０３の位置情報、高度検出手段２１
３からの高度情報および測距／通信手段１０４による距
離情報から、複数の航空機の位置を算出する絶対位置検
出手段１０６と、前記ベクトル検出手段２１２、高度検
出手段２１３、測距／通信手段１０４、絶対位置検出手
段１０６からの出力に基づいて、複数の航空機の絶対位
置を推定する移動体位置評定手段１０７とを備えて構成
される。移動体位置評定手段１０７は、誤差推定手段１
０５と、誤差の推定値を、ベクトル検出手段２１２で求
められた位置および速度の情報に合成して、航空機の位
置および速度を評定する。

【００５５】本実施例の各部の構成および動作は、上記
図１に示す実施例の対応する各部と同様である。すなわ
ち、図４に示すフローチャートの、ステップ４０１，４
０３，４０６，４０７を順次実行するものである。従っ
て、ここでは、説明を繰り返さない。

【００５６】上記各実施例では、位置および速度の両者
の評定を行なっているが、位置のみとすることもでき
る。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数の移動体が存在するときに、一つの基準固定局を設け
ることで、地理的な制約を緩和し、かつ、より経済的
に、正確な相対位置関係の推定を維持しつつ、絶対位置
が評定可能であるという効果がある。

【００５８】また、ＧＰＳ等の絶対位置検出手段と組み
合わせることにより、ＧＰＳ等が利用不可能となった場
合、またはその誤差が増大した時のバックアップ手段と
して簡単に適用できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の移動体位置評定装置の一実施例の構成
を示すブロック図。

【図２】本発明を複数の航空機の位置評定システムに適
用した場合の一実施例を示す概念図。

【図３】本発明の一実施例のハードウェア構成を示すブ
ロック図。

【図４】本発明の一実施例の移動体位置評定装置が実行
する位置評定方法の処理フローを示すフローチャート。

【図５】本発明の移動体位置評定装置の他の実施例の構
成を示すブロック図。

【符号の説明】

１０１，２１１…ＧＰＳ受信機、１０３…基準固定局、
１０４，２１４…測距／通信手段、１０５…誤差推定手
段、１０６…絶対位置検出手段、１０７…移動体位置評
定手段、２００…ＧＰＳ衛星及び受信機、２０１〜２０
３…航空機、２１２…ベクトル検出手段、２１３…高度
検出手段、３０１…問合わせ／応答部（固定局）、３０
２…固定局通信制御部、３０３…固定局演算部、３０４
…問合わせ／応答部（機上）、３０５…機上通信制御
部、３０６…機上演算部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小平 高敏 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 藤原 和紀 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 菊池 勝 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 村瀬 嘉夫 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社日立製作所内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】位置が既知である１の基準固定局と、複数
   の移動体とが配置されている場合における移動体の位置
   評定方法であって、 上記基準固定局と各移動体との距離および移動体相互間
   の距離をそれぞれ通信手段を用いて測定し、 複数の移動体の各位置を示す未知座標値を、上記１の基
   準固定局の位置を示す既知座標値と、それぞれの相互間
   の距離の測定値とを用いて、解析幾何学的に演算するこ
   とにより求めることを特徴とする移動体の位置評定方
   法。
2. 【請求項２】請求項１において、複数の移動体の各々に
   おいて、当該移動体の運動状態を示すベクトル量を積分
   して、少なくとも位置の情報を求め、 上記ベクトル量の積分から得られる位置情報と、上記基
   準固定局と各移動体について求められた距離から解析幾
   何学的演算によって得られた位置情報とについての計測
   誤差が、最小となるように、逐次推定を行なって、位置
   の誤差の推定値を求め、この推定値と上記ベクトル量の
   積分から得られた位置情報とから、位置を評定すること
   を特徴とする移動体の位置評定方法。
3. 【請求項３】請求項２において、移動体が３以上ある場
   合に、１の頂点に上記基準固定局が位置し、他の２頂点
   に任意の移動体がそれぞれ位置して形成される三角形
   が、最も正三角形に近くなる２つの移動体と基準固定局
   との組合せについて、上記解析幾何学的演算を実行し
   て、２つの移動体の位置を求め、 位置座標値が求められた複数の移動体および基準固定局
   のいずれか２点と、位置が未知の移動体とで構成される
   三角形が最も正三角形に近くなる組合せについて、上記
   解析幾何学的演算を実行して、２つの移動体の位置を求
   め、 以下、この演算を繰り返して、未知の移動体の位置座標
   を求めることを特徴とする移動体の位置評定方法。
4. 【請求項４】請求項２または３において、上記移動体が
   航空機である場合において、各航空機で、その高度を測
   定して、高度の情報をさらに用いて、上記解析幾何学的
   演算を実行する移動体の位置評定方法。
5. 【請求項５】請求項１、２または３において、ＧＰＳを
   利用して位置を求めることができる場合において、ＧＰ
   Ｓが利用できるか否か判定し、できる場合には、ＧＰＳ
   を用いて位置を求める移動体の位置評定方法。
6. 【請求項６】請求項２、３、４または５において、上記
   複数の移動体の各々において、当該移動体の運動状態を
   示すベクトル量を積分して、移動体の速度をさらに求
   め、 上記基準固定局と各移動体との距離および移動体相互間
   の距離の変化率をそれぞれ通信手段を用いてさらに測定
   し、 変化率の情報から、各移動体の速度をさらに求めること
   を特徴とする移動体の位置評定方法。
7. 【請求項７】位置が既知である１の基準固定局と、複数
   の移動体とが配置されている場合における移動体の位置
   を評定する移動体位置評定装置であって、 上記基準固定局と各移動体とにそれぞれ設けられて、基
   準固定局と各移動体との間および移動体相互間で通信を
   行なうと共に、通信を用いて距離および移動体相互間の
   距離をそれぞれ測定する測距／通信手段と、 上記基準固定局および各移動体のいずれかに設けられ、
   上記基準固定局の位置を示す既知座標値と、それぞれの
   相互間の距離の測定値とを用いて、複数の移動体の各位
   置を示す未知座標値を、解析幾何学的に演算する絶対位
   置検出手段とを備えることを特徴とする移動体の位置評
   定装置。
8. 【請求項８】請求項７において、移動体に搭載されて、
   当該移動体の運動状態を示すベクトル量を積分して、少
   なくとも位置の情報を求めるベクトル検出手段と、 上記ベクトル検出手段により得られる位置情報と、上記
   絶対位置検出手段によって求められた位置情報とについ
   て、それらの計測誤差が最小となるように逐次推定し
   て、位置の誤差推定値を求め、この誤差の推定値と、上
   記ベクトル検出手段により得られる位置情報とを合成し
   て、位置の推定値を求める移動体位置評定手段とをさら
   に有する移動体の位置評定装置。
9. 【請求項９】請求項７または８において、上記移動体が
   航空機である場合において、各航空機に、その高度を測
   定する高度検出手段をさらに備えるものである移動体の
   位置評定装置。
10. 【請求項１０】請求項７、８または９において、移動体
    は、ＧＰＳ受信機をさらに有するものである移動体の位
    置評定装置。