JPH07244148A - 測位管理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】基準位置データが割り出されている管理局１が
ＧＰＳ測位を行って、前記基準位置データとの差を測位
誤差データとして記憶し、移動体局が同様のＧＰＳ測位
を行ったとき、その測位位置データを受信して測位誤差
データに基づいて補正する測位管理システムにおいて、
管理局１が移動体局２から受信した測位位置データを必
ず補正できるようにする。 【構成】管理局１が障害物などによってＧＰＳ衛星の信
号を受信できない方位を遮蔽角度データとして記憶し、
これを移動体局２に通知する。移動体局２は、この遮蔽
角度データの範囲の衛星を除外してＧＰＳ測位を行う。 【効果】移動体局２が測位に用いたＧＰＳ衛星は、必ず
管理局１も受信可能なものであるから、管理局１は同じ
衛星群によって測位して移動体局２の測位位置データを
必ず補正することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、移動体局がＧＰＳ衛
星の信号によって測位した測位位置データの誤差を、固
定局が補正して管理する測位管理システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在ＧＰＳ測位装置が実用化されてい
る。ＧＰＳ測位装置とは、上空を航行している２４個の
ＧＰＳ衛星のなかから、受信可能で且つ適当な位置関係
にある３〜４個のＧＰＳ衛星を選択し、これらの衛星か
ら信号（ＧＰＳ信号）を受信することにより各衛星から
の距離等を割り出し、これによって自己の位置を算出す
る装置である。この装置を用いることにより、数十メー
トルの精度で自己の位置（緯度，経度，高度）を測定す
ることができる。しかし、ＧＰＳ測位装置は、ＧＰＳ信
号の受信同期ズレや補正データ（航法メッセージ）の誤
差などにより、上述したように数メートル〜数十メート
ルの測位誤差が発生する場合がある。

【０００３】しかし、これよりも精度の高い測位を行う
必要がある場合がある。たとえば、自動車などの運行管
理システムでは、自動車の移動経路を地図の道路上に正
確にトレースする必要があるため、数メートル程度の誤
差の範囲で測位を行う必要がある。このため、ディファ
レンシャルＧＰＳ測位システムといわれる測位管理シス
テムが提案されている。この測位管理システムは、自己
の正確な位置データである基準位置データを記憶してい
る管理局（固定局）がＧＰＳ測位を実行してその測位位
置データと前記基準位置データとの測位誤差データを算
出しておき、移動体局が計測した測位位置データをこの
測位誤差データに基づいて補正して正確な測位位置デー
タを割り出すシステムである。すなわち、管理局−移動
体局間の距離は、ＧＰＳ衛星に対する距離に対して極め
て小さいため、ＧＰＳ衛星と管理局との間に生じる誤差
要因は、ＧＰＳ衛星と移動体局との間にも同様に生じる
として補正を行うものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようなシステムに
おいて、移動体局は、測位に最適な複数（４個）の衛星
を選択して測位を実行するが、管理局は、その測位位置
データを補正するためには、同様の衛星の組み合わせで
測位を行いその誤差を算出している必要がある。すなわ
ち、選択する衛星が異なると、生じる誤差が全く異なっ
てくるため、移動体局の測位誤差を補正するためには同
様の組み合わせで測位を行い、その誤差を算出している
必要があるためである。

【０００５】しかし、管理局が全てのＧＰＳ衛星を受信
できるとは限らず、たとえば、アンテナ設置場所がビル
の屋上であれば塔屋や給水塔などによってその視野が遮
蔽される。また、遠方の高いビルによって視野が妨げら
れる場合もある。このように管理局が受信できないＧＰ
Ｓ衛星が、移動体局の測位に用いられた場合には、その
測位誤差が判らず補正をすることができない欠点があっ
た。

【０００６】この発明は、固定局である管理局が受信不
可能な方位を移動体局に通知し、移動体局がこの方位に
あるＧＰＳ衛星を除外してＧＰＳ測位を行うことにより
上記課題を解決した測位管理システムを提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、受信可能な
ＧＰＳ衛星から所定個数のＧＰＳ衛星を選択する選択手
段と、該選択手段によって選択された所定個数のＧＰＳ
衛星から信号を受信して自己の測位位置データを算出す
る測位手段と、該測位手段で算出された測位位置データ
および前記選択手段の衛星選択データを固定局に送信す
る測位データ送信手段とを備えた移動体局と、自局の位
置を示す基準位置データを記憶する基準位置記憶手段
と、受信可能なＧＰＳ衛星から前記所定個数のＧＰＳ衛
星を選択する全ての組み合わせについて前記測位手段を
実行する試験測位手段と、該試験測位手段によって算出
された複数の測位位置データを前記基準位置データと比
較し各測位位置データの測位誤差データを求める誤差算
出手段と、これらの測位誤差データを該測位位置データ
を算出する際に用いた所定個数のＧＰＳ衛星の衛星選択
データと対応させて記憶する誤差記憶手段と、前記移動
体局から受信した測位位置データを同時に受信した衛星
選択データに対応する測位誤差データで補正して正確な
測位位置データを算出する誤差補正手段とを備えた固定
局とを有する測位管理システムにおいて、前記固定局
に、ＧＰＳ衛星を受信不可能な方位である遮蔽角度デー
タを記憶する遮蔽方位記憶手段と、この遮蔽角度データ
を前記移動体局に送信する遮蔽方位手段を設け、前記移
動体局に、固定局から受信した遮蔽角度データを記憶す
る手段を備え、さらに、前記選択手段を該遮蔽角度デー
タの方位に存在するＧＰＳ衛星を除外して所定個数のＧ
ＰＳ衛星を選択する手段としたことを特徴とする。

【０００８】

【作用】固定局は、自己の基準位置データおよびＧＰＳ
衛星の信号を受信不可能な方位である遮蔽角度データを
記憶している。この固定局は、水平線より上にあり且つ
前記遮蔽角度データの範囲外のＧＰＳ衛星の信号を受信
可能であるが、これらのＧＰＳ衛星から前記所定個数
（例えば４つ）のＧＰＳ衛星を選択する全ての組み合わ
せについてＧＰＳ測位を実行する。この測位（試験測
位）によって算出された測位位置データの前記基準位置
データからの測位誤差データをその測位に使用されたＧ
ＰＳ衛星の選択データとともに記憶する。さらに固定局
は、前記遮蔽角度データを移動体局に通知する。

【０００９】移動体局は、信号を受信可能なＧＰＳ衛星
であっても遮蔽角度データの範囲内のものを除外して所
定個数のＧＰＳ衛星を選択し、これらのＧＰＳ衛星の信
号を受信して自己の測位位置データを算出する。この測
位位置データは衛星選択データとともに固定局に送信さ
れる。固定局では、受信した測定位置データをその測位
に用いた衛星選択データに対応する測位誤差データで補
正して正確な測位位置データを算出する。

【００１０】このようにこの発明では、固定局の基準位
置データと測位位置データとの誤差を移動体局の測位位
置データに適用して移動体局の正確な位置を把握するこ
とができるとともに、固定局が受信できないＧＰＳ衛星
を排除するようにしたことにより、必ずこの補正をでき
るようにすることができる。

【００１１】

【実施例】図１はこの発明の実施例である測位管理シス
テムの概略構成を示す図である。この測位管理システム
は、一定の地点に固定して設置される管理局１と移動体
局２とを有している。移動体局２は、水平線上にあって
受信可能な複数のＧＰＳ衛星から適当な位置関係にある
４つのＧＰＳ衛星を選択し、これらの信号を受信して自
己の緯度，経度，高度からなる測位位置データを算出す
る。管理局１は、水平線上にあり障害物に遮蔽されてい
ない受信可能な全てのＧＰＳ衛星から４つの衛星を選択
する全ての組み合わせで測位位置データを算出するとと
もに、基準位置データに基づいてその測位位置データの
測位誤差データを算出して記憶する。さらに、管理局１
は、この測位誤差データを移動体局２の測位位置データ
に適用して補正し、正確な移動体局２の位置を割り出
す。なお、管理局１，移動体局２は、無線通信により測
位位置データ等の送受が可能な距離の範囲で隔たってい
るものとする。このように管理局１，移動体２はある程
度の距離隔たっているが、ＧＰＳ衛星との距離に比べる
とこの距離は微小なものであるため、管理局１に生じる
測位誤差も移動体局２に生じる測位誤差も同一である考
えて差し支えない。

【００１２】上記システムにおいて、管理局１は、受信
可能な全てのＧＰＳ衛星から４つの衛星の組み合わせを
全て抽出して、それらの全てに基づいて測位し、その測
位位置データと、内部に記憶している自己位置データと
を比較して、その組み合わせによる測位の誤差を算出す
る。移動体局２は、受信可能なＧＰＳ衛星のうち、条件
のよい４つの衛星を選択して自己の位置の測位を行う。
測位位置データはそのとき用いたＧＰＳ衛星の選択デー
タ（衛星選択データ）とともに測位データとして管理局
１に送信される。管理局１では、受信した測位データか
ら衛星選択データを読み出してその組み合わせによる測
位誤差データを読み出し、測位位置データを補正して該
移動体の正確な位置データを測定する。

【００１３】図２は前記管理局１のブロック図である。
管理局は、地上に固定されたアンテナを備えた測位装置
であり、そのアンテナ設置位置の正確な位置（緯度，経
度，高度）を記憶している。アンテナ１０としては、３
６０°の範囲に均等に感度を有する直交ダイポールアン
テナなどが使用される。アンテナ１０が受信した信号
は、ＧＰＳ受信部１１に入力される。ＧＰＳ受信部１１
には選択設定部１２から４つのＧＰＳ衛星を指定する衛
星選択データが入力される。ＧＰＳ受信部１１は指定さ
れた４つのＧＰＳ衛星の電波（疑似乱数コード）を受信
し、これを同期・復元する。この同期タイミングデータ
や信号に含まれている航法メッセージなどが測位演算部
１３に入力される。測位演算部１３では、これらのデー
タに基づいて緯度，経度，高度からなる測位位置データ
を算出する。この測位位置データは誤差演算部１４に入
力される。誤差演算部１４は、記憶部１６から自己の正
確な位置を示すデータである基準位置データを読み出
し、測位演算部１３から入力された測位位置データから
減算して測位誤差データを算出する。この測位誤差デー
タを誤差テーブル１５に記憶する。誤差テーブル１５に
は、この測位誤差データとこの測位に用いたＧＰＳ衛星
の組み合わせを示す衛星選択データとが対応して記憶さ
れる。選択設定部１２は、そのとき受信可能なＧＰＳ衛
星から４つのＧＰＳ衛星を選択する全ての組み合わせを
ＧＰＳ受信部１１に対して順次出力するため、これら全
ての組み合わせによる測位誤差データが誤差テーブル１
５に記憶されることになる。これらの一連の動作は１秒
毎に繰り返し実行されるため、誤差テーブル１５には、
全ての組み合わせの過去１秒以内の測位誤差データが常
時記憶されていることになる。

【００１４】一方、通信部１７が移動体局２から測位位
置データ，衛星選択データからなる測位データを受信す
ると、この測位データを移動体位置補正部１８に入力す
る。移動体位置補正部１８は、入力された測位データか
ら衛星選択データを読み出し、このＧＰＳ衛星の組み合
わせに対応する測位誤差データを誤差テーブル１５から
読み出す。この測位誤差データを測位位置データから減
算して正確な測位位置データを算出する。この正確な測
位位置データを通信部１７を介して前記移動体局２に返
信するとともに、移動体管理テーブル１９に記憶する。
なお、移動体管理テーブル１９は、移動体の測位位置デ
ータを時系列に記憶し、該移動体の移動経路を把握する
ためのテーブルである。

【００１５】図３は、前記誤差テーブル１５の構成を示
す図である。このテーブルには、４つのＧＰＳ衛星の組
み合わせを示す衛星選択データとこの組み合わせのＧＰ
Ｓ衛星によって測定した測位位置データの基準位置デー
タからの誤差である測位誤差データとが対応づけて記憶
されている。この記憶内容は１秒毎に書き換えられる。
測位誤差データは、測位位置データの座標値（緯度，経
度，高度）から基準位置データの座標値を減算した値で
あるから、同図（Ｂ）に示すように基準位置データを原
点とする直交座標上に分布することになる。移動体局２
から測位データが入力されたとき、その測位位置データ
から対応する測位誤差データを減算することにより、正
確な測位位置データを割り出すことができる。

【００１６】図４は前記記憶部１６の記憶内容を説明す
る図である。記憶部１６には同図（Ａ）に示すように基
準位置データ記憶エリア，ＧＰＳ衛星軌道データ記憶エ
リア，遮蔽角度データ記憶エリアが設定されている。基
準位置データは、該管理局１のアンテナ１０の正確な位
置データである。ＧＰＳ衛星軌道データは、２４個のＧ
ＰＳ衛星のそれぞれの軌道の算出式である。この算出式
にそのときの時刻および自己の位置データを代入するこ
とにより各ＧＰＳ衛星のほぼ正確な方位データを算出す
ることができる。方位データは水平方位（方角）および
垂直方位（仰角／俯角）で表現される。遮蔽角度データ
は、同図（Ｂ）に示すようにこの管理局１のアンテナ１
０が障害物に遮蔽されＧＰＳ衛星の信号を受信不可能な
方位を示すデータである。同図に示すようにアンテナ１
０が建物の屋上に設置されている場合には、その建物の
塔屋５０や給水タンク５１によってある角度が遮蔽され
る。この遮蔽される角度の範囲をこの遮蔽角度データと
して記憶する。遮蔽角度データは遮蔽される部分の仰角
の範囲ＥＬＶ１〜ＥＬＶ２および方位角の範囲ＡＺＭ０
〜ＡＺＭ1 で表現される。また、この遮蔽角度データは
遮蔽する障害物毎に複数組記憶されている。なお、この
遮蔽角度データは、移動体局２が、自己の管轄エリアに
入ってきたとき、その移動体局２に対して送信される。

【００１７】図５は前記移動体局２のブロック図であ
る。アンテナ２０は移動体の天井部に設置される。アン
テナ２０にはＧＰＳ受信部２１が接続されている。ＧＰ
Ｓ受信部２１には、選択設定部２２から４つのＧＰＳ衛
星の指定データが入力される。ＧＰＳ受信部２１はこれ
ら指定された４つのＧＰＳ衛星から送られてくる疑似乱
数コードを同期・復元する。この同期タイミングデータ
および復元された航法メッセージは、測位演算部２３に
入力される。測位演算部２３ではこれらのデータに基づ
いて測位位置データを算出する。この測位位置データは
前記衛星選択データとともに測位データとして通信部２
７を介して管理局１に送信される。管理局１からはこの
のち、正確な測位位置データが返信されてくる。返信さ
れてきた正確な測位位置データは、例えば、ナビゲーシ
ョンシステムに用いられ、地図上に自己の位置を表示す
るなどの処理に用いられる。

【００１８】一方、この移動体局２がある管理局の管轄
エリアに入ったとき、該管理局から遮蔽角度データが送
られてくる。この遮蔽角度データは記憶部２６に記憶さ
れる。記憶部２６にはこの遮蔽角度データと前記ＧＰＳ
衛星軌道データが記憶されており、これらのデータが選
択設定部２２に読み出される。選択設定部２２はＧＰＳ
衛星軌道データに基づいてそのときのＧＰＳ衛星の方位
を算出し、視野内のＧＰＳ衛星のうち前記遮蔽角度デー
タの範囲外のものを４つ選択してＧＰＳ受信部２１に指
示する。

【００１９】図６は前記管理局の動作を示すフローチャ
ートである。同図（Ａ）は誤差テーブル作成動作を示す
フローチャートである。この動作は毎秒正時に実行され
る。正時になれば、まずＧＰＳ軌道データに基づいて各
ＧＰＳ衛星の方位を算出する（ｎ２）。このうち水平線
よりも上にあるものを抽出し（ｎ３）、さらに、障害物
によって遮蔽されているものを遮蔽角度データに基づい
て除去する（ｎ４）。このようにして、受信可能なＧＰ
Ｓ衛星を抽出し、このなかから４つの衛星の組み合わせ
（衛星選択データ）を決定する（ｎ５）。管理局におい
ては全ての組み合わせについてｎ５以下の動作を実行す
るため、組み合わせ決定の順序はどのようでもよい。ｎ
５で決定された４つのＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号を受信し
て測位を行い、測位位置データを算出する（ｎ６）。こ
の測位位置データと基準位置データとを比較して測位誤
差データを算出し、前記衛星選択データともに誤差テー
ブルに記憶する（ｎ８）。受信可能なＧＰＳ衛星から４
つを選択する全ての組み合わせについてｎ５〜ｎ８の処
理を行い、全ての組み合わせについて処理を終えたとき
ｎ９の判断で動作を終える。

【００２０】同図（Ｂ）は移動体局２に対して遮蔽角度
データを送信する動作を示すフローチャートである。移
動体局２は自己の識別データを常時発信している。この
識別データを受信すると移動体局２が自己の管轄エリア
に入ってきたものとして以下の動作を実行する。この移
動体局２に対し該管理局１の遮蔽角度データを送信する
（ｎ１２）。これにより、この移動体局２はこの管理局
１の管轄エリア内にいる間は、この遮蔽角度データの範
囲に存在するＧＰＳ衛星を排除して４つのＧＰＳ衛星の
組み合わせを決定する。

【００２１】同図（Ｃ）は移動体局２から測位位置デー
タを受信したときの動作を示すフローチャートである。
移動体局２から測位位置データを受信すると（ｎ２
０）、このデータからＧＰＳ衛星の衛星選択データを読
み出し（ｎ２１）、その組み合わせによる測位誤差デー
タを誤差テーブルから読み出す（ｎ２２）。この測位誤
差データを前記受信した測位位置データから減じて正確
な測位位置データを算出し（ｎ２３）、この正確な測位
位置データを移動体局２に返信する（ｎ２４）。さら
に、この正確な測位位置データを移動体管理テーブル１
９に記憶する（ｎ２４）。

【００２２】図７は前記移動体局の動作を示すフローチ
ャートである。同図（Ａ）は遮蔽角度データ設定動作を
示すフローチャートである。移動体局２は自己の識別デ
ータを常時送信しているが、この識別データが管理局１
に初めて受信されたとき、その管理局１から遮蔽角度デ
ータが送信されてくる。遮蔽角度データを受信すると
（ｎ１６）、このデータを記憶部２６の遮蔽角度データ
記憶エリアに設定して（ｎ１７）リターンする。

【００２３】同図（Ｂ）は測位動作を示すフローチャー
トである。この動作は、例えば毎秒正時など、定期的に
実行される。まずＧＰＳ軌道データに基づいて各ＧＰＳ
衛星の方位を算出する（ｎ３１）。このうち水平線より
も上にあるものを抽出し（ｎ３２）、さらに、記憶部２
６に記憶されている遮蔽角度データの範囲内のものを除
去する（ｎ３３）。このようにして、使用可能なＧＰＳ
衛星を抽出し、このなかから適当な位置関係の４つの衛
星を選択する（ｎ３４）。このようにして選択された４
つのＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号を受信して測位を行い、測
位位置データを算出する（ｎ３５）。この測位位置デー
タと前記４つのＧＰＳ衛星の衛星選択データとを管轄エ
リアの管理局１に送信する（ｎ３６）。こののち、該管
理局１から補正された正確な測位位置データを受信する
（ｎ３７）。

【００２４】例えば、この移動体が自動車であり、移動
体局２がナビゲーションシステムである場合には、この
正確な測位位置データに基づいて画面に表示されている
地図上に自己の位置が正確にプロットされる。

【００２５】上記実施例において、図１に管理局１，移
動体局２とも１つのみ図示しているが、管理局１，移動
体局２ともにその数に制限はない。管理局１を複数設け
る場合には、それぞれ適当な距離をあけて設置し、それ
ぞれに管轄エリアを持たせるようにすればよい。また、
数キロメートル〜百キロメートル程度の範囲であれば、
ＧＰＳ測位の誤差を算出する管理局を１局のみ設け、移
動体局との交信用アンテナを複数設置して、各交信局に
おいて同一の測位誤差データを用いるようにしてもよ
い。

【００２６】たとえば、市街地であれば、障害物が多数
あるため、障害物のない高層ビルの屋上にＧＰＳアンテ
ナを設置して測位を行い、これに基づいて測位誤差デー
タを算出しておき、市街地の各所に交信用のアンテナを
設けて、この測位誤差データを用いて市街地を走行中の
自動車のナビゲーションシステムの測位位置データを補
正して返信するなどのシステムが考えられる。

【００２７】また、交信用アンテナが１つのみの場合で
あっても、ＧＰＳ受信用のアンテナと交信用アンテナと
を必ずしも同一場所に設置する必要はない。すなわち、
ＧＰＳ受信用のアンテナは、出来るだけ視界の開けた場
所に設置するようにし、交信用のアンテナは、たとえ
ば、自動車などの場合には、道路に隣接した中層のビル
の屋上などに設置するようにすればよい。ＧＰＳ測位信
号の誤差はその程度の距離では異なることがないからで
ある。

【００２８】なお、図２および図５に示した管理局１，
移動体局２のブロック図において、アンテナ１０，２
０、ＧＰＳ受信部１１，２１、および、通信部１７，２
７以外の部分は、それぞれ１つのマイクロコンピュータ
で構成することができる。

【００２９】さらに、ｎ４の動作で、管理局１が遮蔽角
度データに基づいて受信できないＧＰＳ衛星を事前に除
去しているが、実際に受信を試みて受信できなかったＧ
ＰＳ衛星を被遮蔽衛星として移動体局２に通知するよう
にしてもよい。

【００３０】

【発明の効果】この発明によれば、移動体局は管理局が
受信可能なＧＰＳ衛星のみでＧＰＳ測位を行い測位位置
データを算出しているため、管理局は移動体局から受信
した測位位置データを必ず補正することができ、常に移
動体局の正確な位置を把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例である測位管理システムの構
成を示す図

【図２】同測位管理システムの管理局のブロック図

【図３】同管理局の記憶部の構成を示す図

【図４】同管理局の記憶部の内容を説明する図

【図５】同測位管理システムの移動体局のブロック図

【図６】前記管理局の動作を示すフローチャート

【図７】前記移動体局の動作を示すフローチャート

【符号の説明】 １０−（ＧＰＳ受信用の）アンテナ ５０−（障害物としての）塔屋 ５１−（障害物としての）給水タンク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受信可能なＧＰＳ衛星から所定個数のＧ
   ＰＳ衛星を選択する選択手段と、該選択手段によって選
   択された所定個数のＧＰＳ衛星から信号を受信して自己
   の測位位置データを算出する測位手段と、該測位手段で
   算出された測位位置データおよび前記選択手段の衛星選
   択データを固定局に送信する測位データ送信手段と、を
   備えた移動体局と、 自局の位置を示す基準位置データを記憶する基準位置記
   憶手段と、受信可能なＧＰＳ衛星から前記所定個数のＧ
   ＰＳ衛星を選択する全ての組み合わせについて前記測位
   手段を実行する試験測位手段と、該試験測位手段によっ
   て算出された複数の測位位置データを前記基準位置デー
   タと比較し各測位位置データの測位誤差データを求める
   誤差算出手段と、これらの測位誤差データを該測位位置
   データを算出する際に用いた所定個数のＧＰＳ衛星の衛
   星選択データと対応させて記憶する誤差記憶手段と、前
   記移動体局から受信した測位位置データを同時に受信し
   た衛星選択データに対応する測位誤差データで補正して
   正確な測位位置データを算出する誤差補正手段と、を備
   えた固定局と、 を有する測位管理システムにおいて、 前記固定局に、ＧＰＳ衛星を受信不可能な方位である遮
   蔽角度データを記憶する遮蔽方位記憶手段と、この遮蔽
   角度データを前記移動体局に送信する遮蔽方位手段を設
   け、 前記移動体局に、固定局から受信した遮蔽角度データを
   記憶する手段を備え、さらに、前記選択手段を該遮蔽角
   度データの方位に存在するＧＰＳ衛星を除外して所定個
   数のＧＰＳ衛星を選択する手段としたことを特徴とする
   測位管理システム。