JPH075241A - Ｇｐｓナビゲーションシステム用差動装置及び方法 - Google Patents

Ｇｐｓナビゲーションシステム用差動装置及び方法

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JPH075241A
JPH075241A JP6062859A JP6285994A JPH075241A JP H075241 A JPH075241 A JP H075241A JP 6062859 A JP6062859 A JP 6062859A JP 6285994 A JP6285994 A JP 6285994A JP H075241 A JPH075241 A JP H075241A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 既知位置を有する基地局受信機と、複数のナ
ビゲーション衛星の星座を含む衛星をベースとするナビ
ゲーションシステムとを使用して移動局受信機の位置を
計算する差動装置及び方法を提供する。 【構成】 第１の衛星からの擬似距離と他の２つの衛星
からの距離とを使用して基地局受信機の基地局位置推定
を計算し、基地局位置推定と基地局受信機の既知位置と
の間の第１のベクトル差を計算し、移動局受信機の初期
位置推定を計算し、第１の衛星からの擬似距離と他の２
つの衛星からの距離とを使用して移動局受信機の高精度
位置推定を計算し、移動局受信機の初期位置推定と高精
度位置推定との間の第２のベクトル差を計算し、第１の
ベクトル差と第２のベクトル差との間の第３のベクトル
差を計算する。第３のベクトル差を移動局受信機の初期
位置推定に加算することによって移動局受信機の位置推
定を精密に計算する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的には地球周回衛
星の星座を使用して地表の、またはその付近の受信機の
位置を決定するナビゲーションシステムの分野に関す
る。より具体的には、本発明は上記衛星をベースとする
ナビゲーションシステムの位置推定の精度を改善する方
法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、アメリカ合衆国 ( U.S. ) を含む
数ケ国の政府が、一般にグローバルポジショニングシス
テム（ＧＰＳ）と呼ばれている地表位置確定システムを
開発中である。ＧＰＳは地表の、またはその付近の受信
機の高度に正確な三次元位置情報を与えるように計画さ
れた衛星をベースとする無線ナビゲーションシステムで
ある。合衆国政府はそのＧＰＳを“ NAVSTAR”と名付
け、 1993 年には NAVSTAR GPSの完全動作を宣言する予
定である。旧ソビエト社会主義共和国連邦 ( U.S.S.R.)
政府は、“GLONASS ”として知られるＧＰＳの開発に
携わっている。更に“NAVSAT”及び“GRANAS”として知
られる２つの欧州システムも開発中である。説明の都合
上、以下に特定的に NAVSTAR GPSに関して開示する。し
かしながら、本発明は他のＧＰＳにも等しく適用可能で
ある。NAVSTAR GPS では、６つの分離した各円形軌道内
に４個のＧＰＳ軌道衛星が存在し、合計 24 個のＧＰＳ
衛星が周回するように計画されている。これらの中の21
個が動作し、３個は予備である。衛星軌道は極軌道で
も、または赤道軌道でもない相互に直交する傾斜した面
内にある。
【０００３】各ＧＰＳ衛星は、ほぼ 12 時間で１回地球
を周回する。地球は地軸を中心として 24 時間で１回転
するから、これは地球が１回転する間に各衛星が正確に
完全に２周回することを意味する。任意の時刻における
各衛星の位置は精密に知られており、絶えず地球に送信
されている。時刻（ＧＰＳ時）に対する宇宙空間の衛星
の位置を表すこの位置情報は天体暦データとして知られ
ている。各衛星が送信するナビゲーション信号には、天
体暦データの他に、その信号が送信される精密な時刻が
含まれている。受信機から各衛星までの距離は各ナビゲ
ーション信号内に含まれるこの送信時刻から決定するこ
とができる。受信機が信号を受信した時刻から伝播時間
を計算することができる。この時間に信号の伝播速度を
乗ずることによって送信中の衛星から受信機までの“擬
似距離”が求められる。受信機時計はＧＰＳ時に精密に
同期されていないかも知れず、また大気圏を通る伝播が
ナビゲーション信号伝播時間に遅延をもたらすので、こ
の距離を“擬似距離”と呼ぶのである。これらの要因
は、それぞれ、時計バイアス（誤差）及び大気圏バイア
ス（誤差）をもたらす。時計バイアスは数ミリ秒程度の
大きさになり得る。
【０００４】少なくとも３個の衛星からのこれら２つの
情報（天体暦データ及び擬似距離）を使用して受動的な
三角測量技術を適用すれば、地球の中心に対する受信機
の位置を決定することができる。この三角測量技術は３
つの段階を含む。第１は、受信機から“見える”少なく
とも３個の衛星の位置を決定しなければならないことで
ある。第２は、受信機から各衛星までの距離を決定しな
ければならないことである。そして最後は、最初の２つ
の段階からの情報を使用して、地球の中心に対する受信
機の位置を幾何学的に決定することである。少なくとも
３個の周回ＧＰＳ衛星を使用して三角測量技術を適用す
れば、簡単な幾何学的理論によって任意の地球受信機の
絶対地表位置（地球の中心に対する経度、緯度、及び高
度）を計算することができる。位置推定の精度は、サン
プルされる周回ＧＰＳ衛星の数に部分的に依存する。計
算に使用するＧＰＳ衛星の数が多い程、地表位置推定の
精度を上げることができる。伝統的に、各地表位置推定
を決定するために４個のＧＰＳ衛星をサンプルしてい
る。３個の衛星が三角測量のために使用され、４番目の
衛星は上述した時計バイアスを補正するために付加され
る。もし受信機の時計がＧＰＳ衛星の時計に精密に同期
していれば、この４番目の衛星は必要ではない。しかし
ながら、精密な時計（例えば原子時計）は高価であり、
従って全ての応用に対して適当であるとは言い難い。
【０００５】NAVSTAR GPS の詳細に関しては、 1983 年
10月の Proceedings of the IEEE,Vol. 71, No. 10 に
所載の Parkinson, Bradford W. 及び Gilbert, Stephe
n W.の論文“ NAVSTAR : Global Positioning System -
-- Ten Years Later”、及び1989年にカリフォルニア州
サニーベイルの Trimble Navigation Ltd.から刊行され
た“ A Guide to the Next Utility ”の１-47 頁を参
照されたい。 NAVSTARGPSを使用する車両位置確定／ナ
ビゲーションシステムの詳細に関しては 1990年12月 3
日付、合衆国特許出願 07/628,560 号“車両位置決定装
置及び方法”を参照されたい。NAVSTAR GPS は、擬似乱
数信号を使用して行う搬送波の変調に２つのモードを有
している。第１のモードでは、搬送波は“Ｃ／Ａ信号”
によって変調され“粗／取得モード”と呼ばれる。粗／
取得またはＣ／Ａモードは“標準位置確定サービス”と
しても知られている。 NAVSTAR GPSの第２の変調モード
は、一般に“精密”または“保護”（Ｐ）モードと呼ば
れている。Ｐモードは“精密位置確定サービス”として
も知られている。Ｐモードは合衆国政府が特別に認可し
た地球受信機のみが使用するように計画されている。従
って、Ｐモードシーケンスは機密が保たれ、一般の用に
は供されない。このため、殆どのＧＰＳユーザはＣ／Ａ
変調モードによって与えられるデータのみに頼らなけれ
ばならない（これは、精度の落ちるポジショニングシス
テムの使用を余儀なくする）。
【０００６】更に、合衆国政府（ NAVSTAR GPSの運用
者）は時折、時計及び天体暦の両パラメタもしくは何れ
か一方のパラメタを変化させることによってＧＰＳ衛星
から送信されるＣ／ＡモードＧＰＳデータ内に誤差を導
入することができる。つまり、合衆国政府はＧＰＳデー
タを選択的に劣化もしくは改悪することができるのであ
る。１もしくはそれ以上の衛星の天体暦及び時計の両パ
ラメタもしくは何れか一方のパラメタは若干もしくはか
なり変更され得る。これは“選択的可用性”もしくは単
にＳＡとして知られている。ＳＡは、例えば国家の安全
保障のような種々の理由から発動することができる。合
衆国政府はＰモード変調コードにアクセスできるので、
ＳＡが発動中であっても NAVSTAR GPSを使用することが
できる。しかしながら、Ｃ／Ａモードデータの精度はか
なり低下せしめられる。時計誤差の他に、大気圏誤差及
び選択的可用性からの誤差、及び受信機雑音、信号反
射、隠蔽、及び衛星経路移動（例えば衛星の揺らぎ）を
含む他の誤差はＧＰＳ位置計算に影響を与える。これら
の誤差は擬似距離及び衛星位置の計算に不正確さをもた
らす。不正確な擬似距離及び不正確な衛星位置は、ビー
クル位置確定装置によって計算される位置推定の精度を
低下せしめる。
【０００７】差動ＧＰＳ装置（後述）は、上述した多く
の誤差の効果を補償もしくは補正する。差動装置におい
ては、基地局において受信したＧＰＳナビゲーション信
号を基地局の既知位置と共に使用して１またはそれ以上
のバイアスを計算する。これらのバイアスは車両に送信
されてＧＰＳ位置推定の精度を改善するために使用され
る。公知の差動ＧＰＳシステムは、ＧＰＳ位置確定精度
を低下させるような多くの誤差を補償もしくは補正す
る。しかしながら、時計誤差及びＳＡからの誤差は非線
形である。公知の差動技術は、０次の近似を使用してこ
れらの非線形誤差を補正することを試みている。これは
理想的な誤差補正には程遠いものである。従来の差動Ｇ
ＰＳ技術に伴う別の問題は、同一の４個の衛星を基地局
及び車両の両方において使用できなければならないこと
である。しかしながら、このようなことが常に可能であ
るとは限らない。例えば、山、露天堀り鉱山の壁、樹
木、建物等に隠されて、基地局及び車両が同一の４個の
衛星と直接的な視線通信を確立することが妨げられる可
能性がある。従来の差動ＧＰＳ技術に伴う更に別の問題
は、基地局におけるバイアスの計算と、車両におけるこ
れらのバイアスの使用との間の時間差（時間の遅れ）が
位置計算に誤差を導入し得ることである。この時間差は
数秒程度にもなり得る。
【０００８】ＧＰＳ位置計算から誤差をより精密に排除
し、同一の衛星を基地局及び車両の両方において使用で
きなくてもよい差動ＧＰＳ装置／方法が要望されてい
る。
【０００９】
【発明の概要】本発明は、ビークルの位置推定の精度を
改善する差動装置及び方法に関する。本発明によれば、
単一の衛星の擬似距離誤差及び天体暦誤差によってもた
らされる基地局（基地局受信機を有する）の位置オフセ
ットが計算される。次いで、同一の衛星の擬似距離誤差
及び天体暦誤差によってもたらされる（移動局受信機を
有する）車両の位置オフセットが計算される。基地局に
おいて発生するオフセットを車両において発生するオフ
セットから減算することによって、精密な車両位置オフ
セットを計算することができる。車両の精密な位置は、
このオフセットを初期車両位置推定に加算することによ
って計算される。本方法は以下の諸段階を含む。第１の
衛星からの擬似距離と他の２つの衛星からの距離とを使
用して基地局受信機の基地局位置推定を計算する。本明
細書において使用している“距離”とは、任意の２つの
端点（例えば、ｘ, ｙ, ｚにある衛星とｘB , ｙB , ｚ
B にある基地局との間）の計算された距離のことであ
る。基地局位置推定と基地局受信機の既知位置との間の
第１のベクトル差が計算される。
【００１０】例えば、普通の解放端（オープンエンデッ
ド）もしくは差動ＧＰＳ技術を使用して、移動局受信機
の初期位置推定が計算される。第１の衛星からの擬似距
離と他の２つの衛星からの距離とを使用して移動局受信
機の高精度位置推定が計算される。移動局受信機の初期
位置推定と高精度位置推定との間の第２のベクトル差が
計算される。最後に、第１のベクトル差と第２のベクト
ル差との間の第３のベクトル差が計算される。第３のベ
クトル差を移動局受信機の初期位置推定に加算すること
によって移動局受信機の位置推定が精密に計算される。
本発明の装置は、（ａ）基地局受信機に結合され、第１
の衛星からの擬似距離と他の２つの衛星からの距離とを
使用して基地局位置推定を計算し、基地局位置推定と基
地局受信機の既知位置との間の第１のベクトル差を計算
する手段と、（ｂ）移動局受信機の初期位置推定を計算
する手段と、（ｃ）移動局受信機に結合され、第１の衛
星からの擬似距離と他の２つの衛星からの距離とを使用
して移動局受信機の高精度位置推定を計算し、移動局受
信機の初期位置推定と高精度位置推定との間の第２のベ
クトル差を計算する手段と、（ｄ）第１のベクトル差と
第２のベクトル差との間の第３のベクトル差を計算し、
第３のベクトル差を移動局受信機の初期位置推定に加算
して移動局受信機の最終位置推定を求める手段とを含
む。
【００１１】
【実施例】以下に添付図面に基づいて本発明を説明す
る。添付図面においては同一要素／段階には同一の参照
番号を付してある。本発明は、ビークル位置推定の精度
を改善する差動装置及び方法を提供する。好ましい実施
例では、NAVSTAR グローバルポジショニングシステム
（ＧＰＳ）を使用する。前述したように、そして図１に
示すように NAVSTAR GPSは６つの軌道１０４で地球を周
回する 21 個の動作衛星１０２を含む。以下の説明では
本発明は、図２に示すような自律車両システム２００の
環境内で使用されるものとする。代表的なＧＰＳ星座２
０２は、ＧＰＳデータを送信中の４個のＧＰＳ衛星ＳＶ
1 −ＳＶ4 を含む。ビークル（例えば自律採鉱用トラッ
ク、以下の説明では車両と称する）２１０及び基地局２
２０は、それぞれのＧＰＳアンテナ２１２及び２２２を
使用して星座内の各ＧＰＳ衛星からＧＰＳデータ／ナビ
ゲーション信号を受信するようになっている。ＧＰＳ受
信機は、受信機から“見える”衛星から（即ち、視線通
信によって）ＧＰＳナビゲーション信号を受信すること
ができる。“見える”とは、例えば水平線から少なくと
も 10 °より大きい角度にある衛星と定義することがで
きる。この 10 °なる角度は、見える有用な衛星と、今
将に水平線より下に沈んで視界から去ろうとしている衛
星との間に緩衝ゾーンを提供する。
【００１２】“星座”とは、ＧＰＳ受信機から“見え
る”衛星の中から選択された衛星の群である。例えば、
ＧＰＳ受信機から見える１群６個の中から４個の衛星を
選択することができる。三角測量法にとって好ましいジ
オメトリであることから（後述）４個の衛星が選択され
るのである。基地局２２０は、既知の固定位置に配置さ
れているＧＰＳ受信機（即ち基準もしくは参照受信機）
を含む。基地局２２０は通信チャネル２２５を通して車
両２１０と通信する。通信チャネル２２５は、基地局２
２０と車両２１０との間の通信リンクを表している。好
ましい実施例では、通信チャネル２２５は無線送受信機
からなる。通信チャネル２２５は基地局２２０と車両２
１０との間でデータを転送するために使用される。シス
テム２００は、１またはそれ以上の擬似衛星２３０を任
意選択的に含むことができる。“擬似衛星”とは、ＧＰ
Ｓ衛星を模擬するために地表もしくはその付近に配置さ
れている送信装置である。擬似衛星は固定された既知の
位置に配置されているので、ＧＰＳから導出される位置
推定を大いに向上させることができる。説明を容易にす
るために、４個のＧＰＳ衛星１０２（ＳＶi もしくはス
ペースビークルとも称する）だけを参照する。しかしな
がら衛星からの位置データが必要な場合に、擬似衛星デ
ータで代用することもできることに注目されたい。
【００１３】図３は、本発明のシステム２００の高レベ
ルブロック線図であって、ＧＰＳ衛星１０２、車両２１
０、基地局２２０、及び擬似衛星２３０を含んでいる。
車両２１０は、車両位置確定装置（ＶＰＳ）３１０、及
びナビゲーション装置３２０を含む。車両位置確定装置（ＶＰＳ）３１０ 車両２１０を規定された経路に沿って案内するために
は、就中、ある基準点に対する車両の現在位置を正確に
推定する必要がある。現在位置を掌握すれば、次の行先
へ進むように車両２１０に命令することができる。ＶＰ
Ｓ３１０は車両２１０の位置推定を極めて精密に決定す
ることができる。ＶＰＳ３１０は、ＧＰＳ処理装置３１
２、運動位置確定装置（ＭＰＳ）３１４及びＶＰＳ処理
装置３２４を含む。ＧＰＳ処理装置３１２は、ＧＰＳ衛
星１０２からＧＰＳデータ、即ちナビゲーション信号を
受信し、そのデータから車両２１０の第１位置推定（Ｆ
ＰＥ）を計算する。ＭＰＳ３１４は、車両走行距離計３
１６と、慣性参照ユニット（ＩＲＵ）３１８とを含み、
これらは初期既知位置からの変化に基づいて車両の位置
を追跡する。ＭＰＳ３１４は、車両２１０の第２の位置
推定（ＳＰＥ）を発生する（実際の計算はＶＰＳ処理装
置３２４内において行われる）。
【００１４】第１位置推定及び第２位置推定は独立的に
導出されるが、本発明はＭＰＳ３１４からのデータを使
用して第１の位置推定の精度を改善する。これに関して
は後述する。ＧＰＳからの第１位置推定は、車両２１０
の位置の独立指示として使用することができる。同様
に、ＭＰＳからの第２位置推定も、車両２１０の位置の
独立指示として使用することができる。しかしながら好
ましい実施例では、後述するように第１位置推定と第２
位置推定とをＶＰＳ処理装置３２４によって組合わせ、
より正確な第３位置推定、もしくは最良位置推定（ＢＰ
Ｅ）を求める。ナビゲーション装置３２０ ナビゲーション装置３２０は、ＶＰＳ３１０から最良位
置推定を受信する。ナビゲーション装置３２０はこの精
密な最良位置推定を使用して車両２１０を正確に操縦す
る。ＧＰＳ処理装置３１２ ＧＰＳ処理装置３１２はシステム２００の心臓部であ
る。図４に示すようにＧＰＳ処理装置３１２は、受信機
装置４００と、ＧＰＳプロセッサ４０８とを含んでい
る。受信機装置４００は衛星からナビゲーション信号を
受信して復号する。ＧＰＳプロセッサ４０８は受信機か
らのこの情報を使用して第１の位置推定を計算する。
【００１５】受信機装置４００は、ＧＰＳアンテナ４０
２、前置増幅器４０４、及びＧＰＳ受信機４０６を含
む。アンテナ４０２は、電磁放射スペクトルの無線部分
を受信するようになっている。前置増幅器４０４は、選
択されたＧＰＳ衛星からＧＰＳアンテナ４０２が受信し
たＧＰＳナビゲーション信号を増幅する。ＧＰＳ受信機
４０６は多チャネル受信機であって、ＧＰＳナビゲーシ
ョン信号を復号して選択された各衛星毎に擬似距離及び
衛星位置を発生する。ＧＰＳプロセッサ４０８は、複数
の衛星の擬似距離及び衛星位置を使用して車両２１０の
位置推定を計算する。好ましい実施例では、アンテナ４
０２及び前置増幅器４０４は単一のユニット内に統合さ
れている。アンテナ／前置増幅器４０２／４０４の組合
せ及び受信機４０６は共にカリフォルニア州トーレンス
の Magnavox Advanced Products andSystems Co. から
部品番号 MX4200 として入手可能である。またＧＰＳプ
ロセッサ４０８はイリノイ州シャウンバーグの Motorol
a Inc.から市販されている MC68020 マイクロプロセッ
サを含む。受信機４０６は、以下のようにして各衛星毎
の擬似距離を計算する。上述したようにＧＰＳ衛星が送
信する各信号は、その信号が送信される正確な時刻を連
続的に符号化している。受信機４０６がその信号を受信
した時刻に注目することによって伝播時間を計算するこ
とができる。この時間に信号の伝播速度（ 2.997924599
8 × 108 m/s）を乗ずることによって、送信中の衛星か
ら受信機までの擬似距離が求められる。上述したよう
に、受信機の時計が精密にＧＰＳ時に同期していない
（時計誤差をもたらす）ことと、異なる層の大気を通る
ために伝播する信号の速度が変化する（大気圏誤差をも
たらす）ことから、この距離を“擬似距離”と呼ぶので
ある。
【００１６】ＧＰＳ受信機４０６は、（例えば収集の目
的で）年鑑を使用して衛星の位置を粗に決定することが
できる。衛星の位置をより精密に決定するために、受信
機はＧＰＳナビゲーション信号を復号し、該信号から天
体暦を抽出する。天体暦データは送信中の衛星の精密な
位置を指示している。ＧＰＳ受信機４０６は伝播時間を
計算する他に、累積デルタ距離（ＡＤＲ）もしくは搬送
波技術を使用して擬似距離を計算することができる。Ａ
ＤＲはＧＰＳナビゲーション信号の搬送波の位相を追跡
することによって計算される。衛星及びＧＰＳ受信機が
互いに離れるように運動する時、距離の増加をＧＰＳ搬
送波の位相変化として求めることができる。ＧＰＳ搬送
波は連続正弦波であるから、ＡＤＲは絶対距離ではなく
衛星と受信機との間の距離の相対的な変化である。従っ
て、この技術は“デルタ”（Δ）距離を生ずるのであ
る。ＡＤＲ技術は極めて正確な擬似距離を計算するため
に使用することができる。本明細書で使用する“擬似距
離”とは、ＡＤＲもしくは伝播時間技術を使用して計算
された擬似距離のことである。カルマン濾波技術 ユーザの視点からすれば、ＧＰＳ処理装置３１２は自律
車両システム２００の最も重要な部分である。ＧＰＳ処
理装置３１２は各ＧＰＳ衛星からの信号を受信し、処理
のために最適衛星を選択し、選択された各衛星の精密な
位置を決定し、各衛星までの擬似距離を決定し、そして
最終的に衛星位置及び擬似距離に基づいて受信機の位置
を推定する役割を果たす。これら全ては、雑音（大気、
前置増幅器、及び受信機によって生ずる雑音を含む）に
よって重度に劣化していることが多い（振幅が大きく減
衰した）受信データを使用して行わなければならない。
ＧＰＳ処理装置３１２は、ＧＰＳナビゲーション信号か
ら雑音を排除するためにカルマン（ Kalman ）濾波技術
に大きく頼っている。
【００１７】カルマンフィルタは、通常はソフトウエア
またはファームウエアによってディジタルコンピュータ
（プロセッサ４０８）上に実現されている再帰的最小自
乗アルゴリズムである。好ましい実施例のカルマンフィ
ルタは、雑音が多く含む信号の性質が連続的ではなく離
散的であるとしている。データ及び雑音の両者はベクト
ル形状にモデル化され、データは再帰的に処理される。
カルマンフィルタは２つの機能を遂行する。第１に、カ
ルマンフィルタは先行データからデータ推定を補外（も
しくは外挿）する。第２に、カルマンフィルタは補外さ
れたデータ推定を現データに基づいて更新し、高精度化
する。例えば、時刻ｔ1 における車両位置ｐ1 及び速度
ｖ1 が既知であるものとすれば、フィルタは（補外段階
を遂行して）ｐ1 及びｖ1 を使用して時刻ｔ2 における
位置ｐ2を推定する。次いで（更新段階を遂行して）時
刻ｔ2 に新たに取得したデータを使用して位置推定ｐ2
を高精度化する。補外段階または更新／高精度化段階の
何れかを援助するために供給されるデータは、フィルタ
を“条件付ける”という。カルマン濾波技術は当分野に
おいては公知である。カルマン濾波技術の詳細に関して
は、アイオワ州立大学刊 Brown, R. G. “Kalman Filte
ring : A GuidedTour”、及び 1983 年 3月の IEEE Tra
nsaction on Automatic Control, Vol. AC-28, No. 3
に所載の Kao, Min H.及び Eller, Donald H. の論文
“Multiconfiguration Kalman Filter Design for High
-Performance GPS Navigation ”を参照されたい。
【００１８】伝統的にカルマンフィルタは線形フィルタ
であって上述した距離方程式を直接解くものではないか
ら、距離方程式は最初に線形化される。即ち、最後の既
知位置からの変化を計算するために、式は微分され、各
式の導関数が解かれる。例えば、時刻ｔi における第１
の位置推定はナビゲーション式を微分して時刻ｔi-1に
おける最終既知車両位置 (ｘV , ｙV , ｚV ) i-1 から
の位置の変化 (ΔｘV, Δｙv , ΔｚV ) を解くことに
より、ＧＰＳプロセッサ４１０によって迅速に計算する
ことができる。これは距離方程式の解を極めて簡易化す
る。カルマン濾波技術の代替として、最小自乗推定また
は最良適合多項式整合を使用することもできる。運動位置確定装置（ＭＰＳ）３１４ 前述したように、ＭＰＳ３１４は、初期既知位置からの
変化に基づいて車両の位置を追跡する車両走行距離計３
１６と、慣性参照ユニット（ＩＲＵ）３１８とを含む。
車両走行距離計３１６は車両２１０が走行した距離のデ
ータを発生する。ＩＲＵ３１８は、位置、速度、横揺れ
（ロール）、縦揺れ（ピッチ）、及び偏揺れ（ヨー）デ
ータを発生するために使用することができる（１または
複数の）レーザジャイロスコープ３２１及び（１または
複数の）加速度計３２２の両者または何れか一方を含
む。ＭＰＳ３１４はＩＲＵデータ及び走行距離計データ
をＶＰＳ処理装置３２４へ供給する。ＭＰＳ内部通信プ
ロセッサ３２６は、ＶＰＳ処理装置３２４へ供給するＭ
ＰＳデータのフォーマットを制御する。このデータか
ら、ＶＰＳ処理装置３２４は車両２１０の第２位置推定
を発生する。ＶＰＳ処理装置３２４ 前述したように、ＧＰＳからの第１位置推定（ＦＰＥ）
は車両２１０の位置の独立指示として使用することがで
きる。同様に、ＭＰＳデータからの計算された第２位置
推定（ＳＰＥ）も車両２１０の位置の独立指示として使
用することができる。しかしながら、好ましい実施例で
はＶＰＳ処理装置３２４によって第１及び第２位置推定
を組合わせ、より正確な第３位置推定、もしくは最良位
置推定（ＢＰＥ）を発生する。これを達成するために、
ＶＰＳ処理装置３２４は、ＧＰＳ処理装置３１２からの
データ及びＭＰＳ３１４からのデータを最適に組合わせ
るのにカルマン濾波技術と、加重平均とに頼っている。
【００１９】ＧＰＳプロセッサ４０８は、図５を参照し
て以下に説明するようにＧＰＳ受信機４０６からの擬似
距離及び衛星位置を使用して第１の位置推定を計算す
る。図５は、車両２１０から見えるＧＰＳ衛星ＳＶ1 −
ＳＶ4 を有する衛星星座２０２の例を示す。地球の中心
を原点とする直交座標内で衛星ＳＶ1 は (ｘ1 ，ｙ 1 ，
ｚ1 ) に位置し、衛星ＳＶ2 は (ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ) に
位置し、衛星ＳＶ3は (ｘ3 ，ｙ3 ，ｚ3 ) に位置し、
衛星ＳＶ4 は (ｘ4 ，ｙ4 ，ｚ4 ) に位置し、そして車
両２１０は位置（ｘV ，ｙV ，ｚV ）に位置しているも
のとする。各衛星１０２の直交座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、
１つの衛星の天体暦データを使用してＧＰＳ受信機４０
６によって決定される。車両２１０と各衛星との間の擬
似距離（ＰＳＲ1 ，ＰＳＲ2 ，ＰＳＲ3 ，及びＰＳ
Ｒ4 ）は伝播時間を使用してＧＰＳ受信機４０６によっ
て決定される。少なくとも４個の衛星についての情報が
与えられれば、以下の４つの距離方程式に従って車両２
１０（即ち受信機４０６）の位置を決定することができ
る。 ( ｘ1 −ｘV )2＋( ｙ1 −ｙV )2＋( ｚ1 −ｚV )2＝
（ PSR1 − Bclock )2 ( ｘ2 −ｘV )2＋( ｙ2 −ｙV )2＋( ｚ2 −ｚV )2＝
（ PSR2 − Bclock )2 ( ｘ3 −ｘV )2＋( ｙ3 −ｙV )2＋( ｚ3 −ｚV )2＝
（ PSR3 − Bclock )2 ( ｘ4 −ｘV )2＋( ｙ4 −ｙV )2＋( ｚ4 −ｚV )2＝
（ PSR4 − Bclock )2 但し、Ｂclock ＝時計バイアスである。“時計バイア
ス”は、上述した時計誤差を粗に補償する０次の補正係
数である。
【００２０】これらの式には４つの未知数、即ちｘV 、
ｙV 、ｚV 及びＢclock が存在することに注目された
い。また各衛星が１つの式を発生することにも注目され
たい。従って４個の衛星及び４つの未知数から車両２１
０の時計バイアス（Ｂclock ）及び位置（ｘV ，ｙV ，
ｚV ）についてこれらの式を解くことができる。もし時
計バイアス（Ｂclock ）を排除すれば式内には３つの変
数だけが残されることになり、車両２１０の位置につい
て解くには３個の衛星を必要とするだけになる。もし受
信機装置４００内に高度に精密な時計（例えば原子時
計）が使用されていれば、時計バイアスは排除すること
ができる。ＧＰＳ位置推定の精度が、受信機４０６によ
って計算された擬似距離に大きく依存することに注目さ
れたい。前述したようにこれらの擬似距離は、大気圏効
果、選択的可用性、多重経路誤差（反射）及び時計誤差
によって重度に劣化する恐れがある。基地局２２０を使
用する差補正はこれらの誤差を低下させる。基地局２２０ ＧＰＳ衛星１０２の星座２０２からのＧＰＳデータは、
基地局２２０も受信する。基地局２２０はホスト処理装
置３２８を具備する。ホスト処理装置３２８は地球の中
心に対する基地局の位置を決定するためのＧＰＳ受信機
（例えば Magnavox モデル MX4818 ）を含んでいる点が
車両２１０のＧＰＳ処理装置３１２に類似している。基
地局は“差動ＧＰＳ方式”となるように使用される。
【００２１】差動方式においては、基地局において受信
されたＧＰＳナビゲーション信号を基地局の既知位置と
共に使用してバイアスを計算する。基地局は種々の方法
でバイアスを計算することができる。公知の１つの方法
においては、図９及び１０に基づいて後述）各衛星から
のＧＰＳ（によって）計算された擬似距離と、衛星と基
地局２２０の既知位置との間の計算された距離（Ｒ）と
を比較する。本明細書に使用している“距離”とは、２
つの端点間の計算された距離であることに注意された
い。例えば、位置（ｘ ,ｙ ,ｚ）にある衛星と、位置
（ｘB ，ｙB ，ｚB）にある基地局との間の距離（Ｒ）
は、標準３Ｄ（三次元）距離方程式を使用して計算され
る。即ち、 ( ｘ−ｘB )2＋( ｙ−ｙB )2＋( ｚ−ｚB )2＝Ｒ2 衛星の位置（ｘ，ｙ，ｚ）は衛星の天体暦データから計
算される。ＧＰＳ計算された擬似距離と計算された距離
との間の差は、大気誤差、時計誤差、選択的可用性（Ｓ
Ａ）誤差、衛星経路移動、受信機雑音等によってもたら
される“差動バイアス”である。基地局は位置計算に使
用される各衛星毎のバイアスを計算する。これらのバイ
アスは、第１の位置推定の精度を改善するために通信チ
ャネル２２５を通して車両に送信される。
【００２２】差動ＧＰＳシステムは、車両２１０が基地
局２２０に比較的接近して（例えば40 ｋｍ以内）位置
しており、基地局２２０において観測される大気誤差が
車両２１０において観測される大気誤差とほぼ同一であ
ると見做している。このため車両は基地局において生成
された情報に基づいて車両の第１位置推定を補正、即ち
精度を改善することができるのである。上述したような
公知の差動技術は、比較的正確な（例えば 10 ｍ以内
の）位置推定を発生するのに有効である。しかしなが
ら、発生する差動バイアスが残留誤差を含むために、公
知システムからより一層の正確さが確実に得られること
はない。残留誤差の原因の一部は基地局における時計バ
イアスが線形に変化する（換言すれば、時計バイアス率
が一定である）と仮定していることである。このように
仮定することによって、基地局時計バイアスは滑らかに
なる。同様に、車両における時計バイアスも線形に変化
するものと仮定している。従って車両における時計バイ
アスも位置計算に誤差を導入する。公知の差動技術は、
差動バイアスの計算と、車両によるこれらのバイアスの
受信及び使用との間に時間差（時間的な遅れ）があるた
めに付加的な誤差を伴う。この時間差が増すと、差動バ
イアスの不正確さも増加する。更に、公知の差動システ
ムは反射を補正することはできない。反射（即ち、多重
経路信号）は擬似距離の計算を不正確にする。
【００２３】最後に、公知の差動システムは、車両及び
基地局の両方が同一の衛星を使用することを要求してい
る。しかしながら、上述したような隠し効果のためにこ
の条件が常に満足されるとは限らない。本発明は、極め
て精密な車両位置推定を計算することができる差動ＧＰ
Ｓ装置及び方法を提供する。唯一の仮定、即ち基地局に
おいて反射（多重経路誤差）は存在しないという仮定を
除けば、他の全ての誤差は実質的に排除される。車両及
び基地局の両者における時計バイアスは精密に補正され
る。また、車両において発生する反射、及び公知の差動
システムに伴う基地局／車両間の時間差の問題も排除さ
れる。更に、基地局及び車両の両者に共通する衛星は１
個だけ存在すればよい。本発明は、推定車両位置ＰV ’
と高精度推定車両位置ＰV ”との間のベクトル位置誤差
が、推定基地局位置ＰB ’と基地局の既知位置ＰB との
間のベクトル位置誤差に等しいような１つの車両位置Ｐ
V が存在するという前提に基づく。（Ｐ V ”がＰV に収
束することを予測していることに注目されたい。）これ
は数学的に 〔ＰV ”−ＰV ’〕≡〔ＰB ’−ＰB 〕であるような
∃ＰV で表される。ここに、ＰV は、実際の車両位置（ｘV ,
ｙV , ｚV ）であり、ＰV ’は、以下のようにして計算
された推定車両位置（ｘV ' , ｙ V ' ,ｚV ' ）であ
り、ＰV ”は、以下のようにして計算された高精度推定
車両位置 (ｘV " , ｙV" , ｚV " ) であり、ＰV に収
束することが予測され、ＰB は、基地局の実際の既知位
置（ｘB , ｙB , ｚB ）であり、ＰB ’は、以下に説明
するようにして計算された基地局の推定位置（ｘB ',
ｙB ' , ｚB ' ）である。
【００２４】本発明は、不可欠的に、車両及び基地局の
両者において単一の衛星からの擬似距離及び天体暦誤差
によって生ずる位置オフセットを計算する。次に、基地
局において発生するオフセットを車両において発生する
オフセットから減算し、精密な車両位置オフセットを計
算する。車両の精密な位置は、このオフセットを初期車
両位置推定に加算することによって計算される。この方
法を図１２の高レベル流れ図に示す。図１２は本発明の
方法９００を示す。段階９０２では、第１衛星（Ｓ
Ｖ1 ）からの擬似距離及び他の２つの衛星からの距離を
使用して基地局９０２の位置推定（ＰB ’）が計算され
る。段階９０４では、基地局の既知の位置（ＰB ）が基
地局の位置推定ＰB ’から減算されて基地局誤差ベクト
ルＥB が求められる。段階９０６においては、公知の技
術を使用して（例えば、公知の解放端もしくは差動ＧＰ
Ｓ技術を使用して）車両の初期位置推定（ＰV ’）が計
算または推定される。段階９０８では、衛星ＳＶ1 から
の擬似距離及び他の２つの衛星からの距離を使用して車
両の高精度位置推定（ＰV ”）を計算する。詳細を後述
するように、基地局と車両とに共通の衛星として、衛星
ＳＶ1 だけが使用されることに注目されたい。１つの擬
似距離だけを計算することによって、本発明の方法は誤
差の源を実質的に単一の衛星源に限定している。これら
の単一の源に基づく誤差は、本発明の方法によって実質
的に排除される。“他の２個の衛星”は基地局及び車両
の両者に共通した衛星を使用する必要はない。しかしな
がら、後述する精密な位置確定を達成するためには３個
の共通衛星を使用することが好ましい。
【００２５】段階９１０においては、初期車両位置推定
ＰV ’が新位置推定ＰV ”から減算されて車両誤差ベク
トルＥV が求められる。最後に段階９１２では、車両誤
差ベクトルＥV と基地局誤差ベクトルＥB との差を初期
車両位置推定（ＰV ’）に加算することによって、最終
車両位置（推定）ＰV が求められる。これは以下の式で
表される。 ＰV ＝ＰV ’＋ＥV −ＥB 初期位置推定ＰV ’が、１個の衛星だけからの擬似距離
を使用して高精度位置推定ＰV ”を計算するために使用
されていることに注目されたい。次いでベクトルＥV は
ＰV ”−ＰV ’に等しいことからＰV ’が式から消去さ
れ、次式が得られる。 ＰV ＝ＰV ”−ＥB 以下に、本発明の差動方法の例示実施例の動作を図６乃
至図１０を参照して説明する。段階６０２では、推定車
両位置（ＰV ’＝ｘV ' , ｙV ' , ｚV ' ）が計算され
る。好ましい実施例では、ＰV ’は図９及び１０を参照
して後述する差動方法７００に従って計算される。しか
しながら、必ずしもこのようにしなければならないもの
ではない。事実、ＰV ’は随意に決定して差し支えな
い。しかしながらこのような随意の推定は、角αが極め
て０に近いとする後述する仮定（図１１参照）の精度を
低くするので、精度を低下させることになる。
【００２６】段階６０４では、基地局において３個の衛
星ＳＶ1 、ＳＶ2 、ＳＶ3 からナビゲーション信号を受
信する。段階６０６では、天体暦データ及びＧＰＳ時を
使用して各衛星毎の衛星位置が（ｘi , ｙi , ｚi ）が
計算され、段階６０８では、上述のようにして基地局と
衛星ＳＶ1 との間の擬似距離（ＰＳＲ1B）が計算され
る。段階６１０では、３Ｄ距離方程式を使用して基地局
の既知位置（ｘB , ｙB, ｚB ）とＳＶ2 の位置（ｘ2 ,
ｙ2 , ｚ2 ）との間の距離（Ｒ2B）が計算される。段
階６１２では、３Ｄ距離方程式を使用して基地局の既知
位置（ｘB , ｙB, ｚB ）とＳＶ3 の位置（ｘ3 ,
ｙ3 ，ｚ3 ）との間の距離（Ｒ3B）が計算される。擬似
距離ＰＳＲ1B、及び２つの距離Ｒ2B、Ｒ3Bは、段階６１
４における基地局の推定位置（ｘB ' , ｙB ' , ｚB '
）を計算するために使用される。これは以下の式を解
くことによって行われる。 ( ｘ1 −ｘB ’)2＋( ｙ1 −ｙB ’)2＋( ｚ1 −
ｚB ’)2＝ＰＳＲ1B 2 ( ｘ2 −ｘB ’)2＋( ｙ2 −ｙB ’)2＋( ｚ2 −
ｚB ’)2＝Ｒ2B 2 ( ｘ3 −ｘB ’)2＋( ｙ3 −ｙB ’)2＋( ｚ3 −
ｚB ’)2＝Ｒ3B 2 段階６１６では、推定基地局位置（ＰB ’）と実際の基
地局位置（ＰB ）とを比較して、２つの位置の間のベク
トル差を表す基地局誤差ベクトルＥ1Bを求める。即ち、 Ｅ1B＝（ｘB ’−ｘB ），（ｙB ’−ｙB ），（ｚB ’
−ｚB ）＝（ｘE , ｙE , ｚE ）1B 次いで方法は段階６１７へ進む。車両において遂行され
る段階６１７−６２６は、基地局において遂行される対
応段階６０４−６１６に類似していることに注目された
い。段階６１７では、車両において３個の衛星ＳＶ1 、
ＳＶ2 、ＳＶ3からナビゲーション信号を受信する。段
階６１８では、天体暦データ及びＧＰＳ時を使用して各
衛星毎の衛星位置が（ｘi , ｙi , ｚi ）が計算され
る。段階６１９で、上述したようにして車両とＳＶ1 と
の間の擬似距離（ＰＳＲ1V）が計算され、段階６２０で
は、３Ｄ距離方程式を使用して車両の推定位置（ｘV '
, ｙ V ' , ｚV ' ）とＳＶ2 の位置（ｘ2 , ｙ2 ,
ｚ2 ）との間の距離（Ｒ2V）が計算される。段階６２２
では、３Ｄ距離方程式を使用して車両の推定位置
（ｘB ' , ｙB ' , ｚB ' ）とＳＶ3 の位置（ｘ3 , ｙ
3 , ｚ3 ）との間の距離（Ｒ3V）が計算される。
【００２７】擬似距離ＰＳＲ1V、及び２つの距離Ｒ2V、
Ｒ3Vは、段階６２４における車両の新しい、もしくは高
精度推定位置（ｘV " , ｙV " , ｚV " ）を計算するた
めに使用される。これは以下の式を解くことによって行
われる。 ( ｘ1 −ｘV " )2＋( ｙ1 −ｙV " )2＋( ｚ1 −ｚV "
)2＝ＰＳＲ1V 2 ( ｘ2 −ｘV " )2＋( ｙ2 −ｙV " )2＋( ｚ2 −ｚV "
)2＝Ｒ2V 2 ( ｘ3 −ｘV " )2＋( ｙ3 −ｙV " )2＋( ｚ3 −ｚV "
)2＝Ｒ3V 2 段階６２６では、高精度推定車両位置（ＰV " ）と初期
推定車両位置（ＰV '）とを比較して、２つの位置の間
のベクトル差を表す車両誤差ベクトル Ｅ1V＝（ｘV " −ｘV ' ），（ｙV " −ｙV ' ），（ｚ
V " −ｚV ' ）＝（ｘE , ｙE , ｚE ）1V が求められる。次に段階６２８において基地局誤差ベク
トルＥ1Bと車両誤差ベクトルＥ1Vとが比較され、車両位
置誤差ベクトルＰERROR が以下のように求められる。 ＰERROR ＝Ｅ1V−Ｅ1B＝（ｘV " −ｘV ' −ｘB ’＋ｘ
B ），（ｙV " −ｙV ' −ｙB ’＋ｙB ），（ｚV " −
ｚV ' −ｚB ’＋ｚB ） 最後に、段階６３０において、ＰERROR を初期推定車両
位置（ｘV ' , ｙV ' , ｚV ' ）に加算して実際の車両
位置（ｘV , ｙV , ｚV ）が求められる。これにより精
密に計算された車両位置が得られ、この車両位置は車両
位置確定装置３１０における第１の位置推定として使用
することができる。代替として、そして重要なことに
は、この方法で計算された第１の位置推定の精度は高度
に正確であるから、運動位置確定装置３１４から入力す
ることなく、車両２１０を操縦するための最良位置推定
として使用することもできる。
【００２８】上述したように段階６０２のＰV ' は、本
発明の好ましい実施例である図９及び１０に示した差動
方法７００に従って計算される。方法７００は一般的な
差動ＧＰＳ処理技術の例である。差動方法７００の動作
を以下に説明する。段階７０２では、基地局において衛
星ＳＶ1 、ＳＶ2 、ＳＶ3 及びＳＶ4 からナビゲーショ
ン信号を受信する。段階７０４において、各衛星毎の擬
似距離（ＰＳＲi ）が計算される。段階７０６では、天
体暦データ及びＧＰＳ時を使用して各衛星毎の位置が計
算される。段階７０８では、各衛星毎の位置及び擬似距
離と、基地局の既知位置とを使用して基地局受信機の時
計バイアスが計算される。段階７０９では、この時計バ
イアスを使用し、基地局の時計バイアスによって導入さ
れた誤差に関して各擬似距離を補正する。段階７１０に
おいては、衛星の位置と基地局の既知位置とを使用して
基地局と各衛星との間の距離（ＲiB）を計算する。段階
７１２は、各距離（ＲiB）を各補正された擬似距離（Ｐ
ＳＲiB）から減算して各衛星毎の擬似距離バイアスを求
める。段階７１４はこれらのバイアスを車両へ送信し、
車両位置推定の精度を改善するために使用させる。
【００２９】段階７１６では、車両において衛星Ｓ
Ｖ1 、ＳＶ2 、ＳＶ3 及びＳＶ4 からナビゲーション信
号を受信する。段階７１８おいて、各衛星毎の擬似距離
（ＰＳＲ iV）が計算される。段階７２０においては、段
階７１４において基地局から受信した擬似距離バイアス
を使用して車両擬似距離が補正される。次の段階７２２
では、天体暦データ及びＧＰＳ時を使用して各衛星毎の
位置が計算される。最後の段階７２４においては、衛星
位置及び衛星ＳＶ1 、ＳＶ2 、ＳＶ3 及びＳＶ4 の補正
された擬似距離を使用して時計バイアス及び推定車両位
置（ｘV ' , ｙV ' , ｚV ' ）が計算される。本発明の
好ましい実施例では、車両誤差ベクトルＥ1Vは、 （１）衛星ＳＶ1 、ＳＶ2 及びＳＶ3 の天体暦誤差（６
２０−６２４において説明済）、 （２）車両時計バイアス（主として段階６１９において
説明済） （３）基地局時計バイアス（主として段階７２０におい
て説明済）、 （４）衛星ＳＶ1 に起因する車両における多重経路誤差
（反射）（主として段階６１９において説明済）、及び （５）衛星ＳＶ1 の擬似距離内の天体暦誤差（主として
段階６１９において説明済）を含み、基地局誤差ベクト
ルＥ1Bは、 （１）衛星ＳＶ1 、ＳＶ2 及びＳＶ3 の天体暦誤差（６
１０−６１４において説明済）、 （２）基地局時計バイアス（主として段階６０８におい
て説明済） （３）衛星ＳＶ1 の擬似距離内の天体暦誤差（主として
段階６０８において説明済）を含むことに注目された
い。
【００３０】従って段階６２８における車両誤差ベクト
ルＥ1Vから基地局誤差ベクトルＥ1Bの減算（この差が位
置誤差ベクトルＰERROR である）によって、衛星ＳＶ1
及び車両時計バイアスに起因する全ての誤差（車両にお
ける多重経路誤差（反射）を除く）が実質的に除去され
る。基地局時計バイアスの非線形性を原因とする誤差が
排除されるので、これは従来の差動技術に対する重要な
改良である。しかしながら本発明はさらなる誤差補正が
可能である。段階６０２において、もし図９及び１０に
示すような差動技術を使用して初期推定車両位置を計算
すれば、衛星ＳＶ1 及び車両時計バイアスに起因する車
両における多重経路誤差（反射）も排除することができ
る。段階６３０を遂行するものであり、推定車両位置
（ＰV ' ＝ｘV ' , ｙV ' , ｚV ' ）が位置誤差ベクト
ルＰERROR に加算される。段階６３０においては、本質
的に以下のことが行われているのである。即ち、方法７
００もしくは類似の方法に従って初期位置推定を計算す
る時、車両受信機（ＧＰＳ受信機４０６）の時計バイア
スによって、及び車両において発生する何等かの反射に
よってＰV ' は負に影響される。従って、推定車両位置
（ＰV ' ）を位置誤差ベクトルＰERROR に加算すると、
時計バイアス誤差及び如何なる多重経路誤差も実質的に
排除される。
【００３１】図９及び１０に示すような差動ＧＰＳ技術
によって、約 10 ｍ以内のような正確な車両位置推定を
求めることが可能である。本願発明者は本発明の方法９
００がｃｍ精度で車両位置推定を求めることができるも
のと確信している。本発明の方法は、基地局及び車両の
両者が同一の衛星を使用することを要求しない点に注目
されたい。唯一必要なのは、少なくとも１個の衛星（例
えば、衛星ＳＶ1 ）を基地局及び車両の両者が共通使用
することだけである。しかしながらもし使用する共通衛
星が１個だけであれば、非共通衛星からの天体暦誤差は
位置計算から排除されないので、システムの精度は低下
する。それにも拘わらず、殆どの天体暦誤差は、図９及
び１０の方法を使用して段階６０２において排除されよ
う。従って、たとえ１個の共通衛星だけしか使用可能で
なくても、本発明の装置及び方法は、従来のように少な
くとも４個の共通衛星を必要とすることなく、少なくと
も従来のシステムと同程度に良好な精度を達成するもの
と確信する。本発明は以下の仮定に基づいている。公知
差動ＧＰＳ技術は比較的正確な（例えば、 10 ｍ以内の
精度で）車両位置推定を計算することができる。もし推
定車両位置ＰV ' が実際の車両位置ＰV に比較的接近し
ていれば、衛星ＳＶ1 から受信した擬似距離の誤差の大
きさは実際の車両位置ＰV と推定車両位置ＰV ' との間
の距離ｄに等しいと見做すことができる。これを図１１
に示す。
【００３２】図１１は推定車両位置ＰV ' までの測定さ
れた擬似距離ＰＳＲ’と、実際の車両位置ＰV までの実
際の擬似距離ＰＳＲとを有する衛星ＳＶ1 を示す。角α
は２つの擬似距離の間に形成される角度である。余弦の
法則によれば、 ｄ2 ＝ＰＳＲ'2＋ＰＳＲ2 −２（ＰＳＲ’）（ＰＳＲ）
cos α 上式を検討すると、もし擬似距離がｄより遥かに大きけ
れば（即ち、ＰＳＲ＞＞ｄであれば）、角αは０に接近
すると見做すことができる。擬似距離は 20,000ｋｍ程
度であり、距離ｄは１乃至 10 ｍ程度であるから、この
仮定は正しい。この場合、式を ｄ＝｜ＰＳＲ’−ＰＳＲ｜ に簡略化することができる。本発明の差動技術は多くの
応用を有している。例えば、本方法を第１の衛星からの
擬似距離を使用して遂行し、次いで第２の衛星からの擬
似距離を使用して再度遂行する。２つの位置推定を平均
して精度を更に高める。別の例として、本方法を幾つか
の衛星について繰り返し、それらの衛星の位置誤差ベク
トル ＰERROR （ｉ）、ＰERROR （ｉ＋１）、・・・ を比較することができる。次いで最小の位置誤差ベクト
ルを有する衛星を車両位置計算に使用して、精密な位置
推定を算出する。
【００３３】本発明を特にその好ましい若干の実施例に
関して図示し、説明したが、当業者ならば特許請求の範
囲に記載された本発明の思想及び範囲から逸脱すること
なく形状及び細部に種々の変更を施し得ることは明白で
あろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】地球を巡るそれぞれの軌道内にある NAVSTAR G
PS衛星を示す図である。
【図２】４個のＧＰＳ衛星の星座、擬似衛星、基地局、
及び自律車両を含む自律車両システムの概要図である。
【図３】自律車両の自律車両位置確定装置の詳細を示す
自律車両システムのブロック線図である。
【図４】ＧＰＳ処理装置のブロック線図である。
【図５】地球の中心、地表付近の車両、及びＧＰＳ衛星
の星座の間の幾何学的関係を示す図である。
【図６】差動ＧＰＳ方式を使用して精密な位置推定を計
算する本発明による方法を示す流れ図の前半部分であ
る。
【図７】図６の流れ図の中間部分である。
【図８】図６の流れ図の後半部分である。
【図９】差動ＧＰＳ技術を使用して推定車両位置を計算
する方法例を示す詳細な流れ図の前半部分である。
【図１０】図９の後半部分である。
【図１１】衛星と地上受信機との間の幾何学的関係を示
す図である。
【図１２】差動ＧＰＳ方式を使用して精密な位置推定を
計算する本発明による方法の詳細を示す流れ図である。
【符号の説明】 １０２ 動作衛星 １０４ 軌道 ２００ 自律車両システム ２０２ ＧＰＳ星座 ２１０ 車両 ２１２ 車両のアンテナ ２２０ 基地局 ２２２ 基地局のアンテナ ２２５ 通信チャネル ２３０ 擬似衛星 ３１０ 車両位置確定装置（ＶＰＳ） ３１２ ＧＰＳ処理装置 ３１４ 運動位置確定装置（ＭＰＳ） ３１６ 車両走行距離計 ３１８ 慣性参照ユニット（ＩＲＵ） ３２０ ナビゲーション装置 ３２１ ジャイロスコープ ３２２ 加速度計 ３２４ ＶＰＳ処理装置 ３２６ ＭＰＳ内部通信プロセッサ ３２８ ホスト処理装置 ４００ 受信機装置 ４０２ ＧＰＳアンテナ ４０４ 前置増幅器 ４０６ ＧＰＳ受信機 ４０８ ＧＰＳプロセッサ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 既知位置を有する基地局受信機と複数の
    ナビゲーション衛星の星座を含む衛星をベースとするナ
    ビゲーションシステムとを使用して地表の、またはその
    付近の移動局受信機の位置を計算する方法であって、 （ａ）第１の衛星からの擬似距離と他の２つの衛星から
    の距離とを使用して基地局受信機の基地局位置推定を計
    算する段階と、 （ｂ）基地局位置推定と基地局受信機の既知位置との間
    の第１のベクトル差を計算する段階と、 （ｃ）移動局受信機の初期位置推定を計算する段階と、 （ｄ）上記第１の衛星からの擬似距離と他の２つの衛星
    からの距離とを使用して移動局受信機の高精度位置推定
    を計算する段階と、 （ｅ）移動局受信機の初期位置推定と高精度位置推定と
    の間の第２のベクトル差を計算する段階と、 （ｆ）上記第１のベクトル差と上記第２のベクトル差と
    の間の第３のベクトル差を計算する段階と、 （ｇ）上記第３のベクトル差を移動局受信機の上記初期
    位置推定に加算して移動局受信機の最終位置推定を求め
    る段階とを具備することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 上記初期位置推定は、三角測量技術と少
    なくとも４個の衛星からの擬似距離及び衛星位置とを使
    用して計算される請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 上記初期位置推定は、差動技術を使用し
    て計算される請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 上記段階（ａ）の他の２つの衛星は、段
    階（ｄ）の他の２つの衛星と同一である請求項３に記載
    の方法。
  5. 【請求項５】 既知の位置を有する第２の受信機と複数
    のナビゲーション衛星の星座を含む衛星をベースとする
    ナビゲーションシステムとを使用して地表の、またはそ
    の付近の第１の受信機の位置を計算する方法であって、 （ａ）第１の受信機において、第１の複数のナビゲーシ
    ョン衛星から第１の複数のナビゲーション信号を受信す
    る段階と、 （ｂ）上記第１の複数のナビゲーション信号から、第１
    の受信機の位置推定を計算する段階と、 （ｃ）第２の受信機において、上記第１の複数のナビゲ
    ーション衛星と共通の第１の衛星を含む第２の複数のナ
    ビゲーション衛星から、第２の複数のナビゲーション信
    号を受信する段階と、 （ｄ）各ナビゲーション信号から、第１の衛星の位置を
    計算する段階と、 （ｅ）上記第１の衛星からのナビゲーション信号から、
    上記第２の受信機と上記第１の衛星との間の第１の擬似
    距離を計算する段階と、 （ｆ）第２の衛星の位置と第２の受信機の既知位置とか
    ら、上記第２の衛星と第２の受信機との間の第１の距離
    を計算する段階と、 （ｇ）第３の衛星の位置と第２の受信機の既知位置とか
    ら、上記第３の衛星と第２の受信機との間の第２の距離
    を計算する段階と、 （ｈ）上記第１の擬似距離と、上記第１の距離と、上記
    第２の距離と、上記第１、第２及び第３の衛星の上記位
    置とから、上記第２の受信機の推定位置を計算する段階
    と、 （ｉ）上記第２の受信機の上記推定位置と上記既知位置
    との間の差を計算して第１の誤差ベクトルを決定する段
    階と、 （ｊ）上記第１の複数のナビゲーション信号から、上記
    第１の受信機の位置推定を計算する段階と、 （ｋ）上記第１の衛星からのナビゲーション信号から、
    上記第１の受信機と上記第１の衛星との間の第２の擬似
    距離を計算する段階と、 （ｌ）第２の衛星の位置と上記第１の受信機の上記推定
    位置とから、上記第２の衛星と上記第１の受信機との間
    の第３の距離を計算する段階と、 （ｍ）第３の衛星の位置と上記第１の受信機の上記推定
    位置とから、上記第３の衛星と上記第１の受信機との間
    の第４の距離を計算する段階と、 （ｎ）上記第２の擬似距離と、上記第３の距離と、上記
    第４の距離と、上記第１、第２及び第３の衛星の位置と
    から、上記第１の受信機の高精度推定位置を計算する段
    階と、 （ｏ）上記第１の受信機の上記高精度推定位置と上記推
    定位置との間の差を計算して第２の誤差ベクトルを決定
    する段階と、 （ｐ）上記第１の誤差ベクトルと第２の誤差ベクトルと
    の間の差を計算して上記第１の受信機に関する第３の誤
    差ベクトルを決定する段階と、 （ｑ）上記第３の誤差ベクトルを使用して上記第１の受
    信機の推定位置を補正する段階とを具備することを特徴
    とする方法。
  6. 【請求項６】 上記段階（ｊ）の位置推定は、差動技術
    を使用して計算される請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 既知位置を有する基地局受信機と、複数
    のナビゲーション衛星の星座を含む衛星をベースとする
    ナビゲーションシステムとを使用して地表の、またはそ
    の付近の移動局受信機の位置を計算する装置であって、 （ａ）上記基地局受信機に結合され、第１の衛星からの
    擬似距離と他の２つの衛星からの距離とを使用して基地
    局位置推定を計算し、基地局位置推定と基地局受信機の
    既知位置との間の第１のベクトル差を計算する手段と、 （ｂ）上記移動局受信機の初期位置推定を計算する手段
    と、 （ｃ）上記移動局受信機に結合され、上記第１の衛星か
    らの擬似距離と他の２つの衛星からの距離とを使用して
    移動局受信機の高精度位置推定を計算し、移動局受信機
    の初期位置推定と高精度位置推定との間の第２のベクト
    ル差を計算する手段と、 （ｄ）上記第１のベクトル差と上記第２のベクトル差と
    の間の第３のベクトル差を計算し、上記第３のベクトル
    差を移動局受信機の上記初期位置推定に加算して移動局
    受信機の最終位置推定を求める手段とを具備することを
    特徴とする装置。
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