JPH0875479A

JPH0875479A - 電波航法装置

Info

Publication number: JPH0875479A
Application number: JP21239394A
Authority: JP
Inventors: Kota Okada; 幸太岡田; Yuji Mitsunaga; 雄二満永; Keiichi Zenmei; 啓一善明
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-09-06
Filing date: 1994-09-06
Publication date: 1996-03-22

Abstract

(57)【要約】【目的】受信可能な衛星の数が１つになった場合にお
いても、移動距離検出手段を用いずに、移動体の位置を
求める。【構成】複数の衛星が受信可能な場合は、それらの衛
星から受けた信号から受信点位置を算出し、移動体がビ
ルの谷間などへ移動して１つの衛星しか受信出来ない状
態になった場合には、受信可能な１つの衛星からの信号
で移動体の信号受信時の現在位置を含む円ｂ2を算出
し、方位角検出手段６の検知出力に基いて前回測位時点
から移動体が移動した方向（移動経路）を求め、この方
向と前記円ｂ2とが交わる点を求めることによって移動
体の現在位置を求めるように構成した。【効果】１つの衛星しか受信出来ない状態でも、従来
のセンサを用いた移動距離検出手段に比べ累積誤差の少
ない測位が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＧＰＳ等の、複数の無
線局からの電波を受信することで、移動体の現在位置を
求める電波航法装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下に、従来の電波航法装置について説
明する。まず、複数の無線局からの電波を受信すること
で、現在位置を求める従来の電波航法装置の基本構成図
を図４に示す。ここで、１は無線局からの電波を受ける
ためのアンテナ、２はアンテナ１で受けた電波を検波し
信号を取りだす受信部である。３は受信部２で検波され
た信号から、無線局の位置情報、及び電波伝搬情報を含
むメッセージを求める測位部である。

【０００３】４は測位部３で得られた無線局の位置情
報、及び電波伝搬情報を含むメッセージから位置を算出
する演算部である。５は受信部２、測位部３、演算部４
を制御する制御部である。６は移動体の進行方向の回転
角を検知するための方位角検知手段、７は移動体の移動
距離を検知するための移動距離検知手段である。

【０００４】以上のように構成された従来の電波航法装
置について、ＧＰＳを例とし、以下にその動作を説明す
る。

【０００５】無線局（以下ＧＰＳ衛星、あるいは単に衛
星とする）から発っせられた電波が、受信点へ到達する
までにτ秒の時間を要したとすると、その時間τから受
信点の疑似距離Ｒｐを（数１）から求めることができ
る。

【０００６】

【数１】

【０００７】但し、ここでCは光速である。この疑似距
離Ｒｐと真の距離Ｒとの間には（数２）が成り立つ。

【０００８】

【数２】

【０００９】但し、ΔτRはＧＰＳ基準時計と電波航法
装置内部の時計の時間差であり、ΔτSはＧＰＳ基準時
計と衛星時計の時間差であり、ΔτPは対流圏と電離層
での電波伝搬遅延時間である。ΔτSは受信メッセージ
の中の時計補正パラメータから、同様にΔτPは受信メ
ッセージ中の電離層補正パラメータを、電離層モデルを
表すモデル式に代入することで、それぞれ求めることが
できる。それらを（数２）に代入し、それらの項を消去
すると、（数２）は（数３）で表すことができる。

【００１０】

【数３】

【００１１】但し、Ｒｐ'は次の（数４）のようにも書
き表すことができる。

【００１２】

【数４】

【００１３】次に、衛星と受信点の座標系を決定する。
衛星の座標系を（ｕ，ｖ，ｗ）、受信点の座標系を
（ｘ，ｙ，ｚ）とすると、（数３）は（数５）のように
なる。

【００１４】

【数５】

【００１５】ここで、衛星の軌道情報は、それぞれの衛
星からの受信メッセージの中に含まれているので、
（ｕ，ｖ，ｗ）は、それらの受信メッセージを用い軌道
計算をすることで既知となる。従って、ある衛星からの
信号を受信すれば、（数５）は、受信点（ｘ，ｙ，ｚ）
の座標と、ＧＰＳ基準時計と電波航法装置内部時計との
時間差ΔτRの計４つの変数で表せる式となる。また４
つの衛星から信号を受信すれば４つの方程式が得られ
る。

【００１６】このようにして、従来の航法装置では、４
つ以上の衛星からの信号を同時に受信し、それぞれの衛
星からの受信メッセージを求め、（数５）にそれぞれの
衛星の受信メッセージから求められるパラメータを代入
し、それらの式の連立方程式の解を算出することで受信
点の位置を求めている。さらに、受信点の高度ｚをある
値で固定することで、（数５）は３変数となり、３つの
衛星からの信号を受信することで、受信点の位置を算出
している。

【００１７】図５に従来の電波航法装置の処理のフロー
チャートを示す。この処理では、受信可能な無線局の数
が３局以上の場合には、通常の測位を行う（step５０
２）。しかし、受信可能な無線局の数が３局未満になる
と、前記（数５）の解を求めることができず、測位不能
となっていた（step５０４）。

【００１８】このような場合、従来の航法装置では、移
動体の移動距離を移動距離検知手段７により求めること
で、測位不能となる前の時点での位置からの移動体の相
対移動量を求め、現在位置を推定していた（step５０
５）。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上記に示されたような
従来の電波航法装置では、移動距離を検知する移動距離
検知手段７に、移動体の車輪の回転数や、移動速度を検
知するセンサを必要としていた。この移動距離検知手段
７に、例えば、車輪の回転数を計測するセンサを用いた
場合、車輪の空気圧や、搭乗人員数、搭載物によりタイ
ヤの接地面での径が変化してしまい、また地形や路面状
況等も要因となり、移動距離の構造的誤差が生じてい
た。この誤差は走行距離とともに累積するため、特に長
距離走行では、センサによる検知結果と実際の走行距離
が大きく異なるという問題点がある。

【００２０】さらに、移動距離を検知するための手段と
して用いるセンサの取り付けに、それぞれの車両で異な
る配線工事等を必要としていた。

【００２１】本発明は、受信可能な無線局の局数が１つ
になった場合においても、移動距離検知手段を用いずに
無線局からの信号を受信することで移動体の位置を求め
ることのできる電波航法装置を示す。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、受信可能な１
つの無線局からの信号で移動体の信号受信時の現在位置
を含む円を算出する手段と、移動体の角度変化量を検知
する方位角検知手段と、この方位角検知手段の検知出力
に基いて前回測位時点（受信可能無線局が３局以上）か
ら移動体が移動した方向（移動経路）を求め、この移動
方向と前記円より移動体の現在位置を求める手段を設け
た。

【００２３】

【作用】上記構成により、受信可能な無線局が１つにな
った場合にも、その受信可能な１つの無線局からの信号
に基いて移動体の現在位置を含む円を算出するととも
に、前回の測位時時の移動体の位置と方位角検知手段の
検知出力から予測される移動体の移動方向と前記円との
交点を求めることによって移動体の現在位置を高い精度
で推測することが可能となる。

【００２４】

【実施例】図１は、本発明の一実施例における電波航法
装置の基本構成図であり、複数の周回衛星からの信号を
受信することによって測位を行うＧＰＳの例である。こ
こで、１はアンテナ、２は受信部、３は測位部であり、
これらは従来例と同様のものであるので同一の番号を付
し説明を省略する。６は移動体の進行方向の回転角を検
知するための方位角検知手段である。

【００２５】図３に、測位演算を行う演算部の処理の流
れを示す。まず、電波航法装置は、受信可能な衛星（無
線局）の数が３局以上あるような環境下で、通常の測位
演算を行なう。図２に示すように、Ａ，Ｂ，Ｃの三つの
衛星からの信号が受信可能であれば、衛星Ａからの信号
によって得た円ａと、衛星Ｂからの信号によって得た円
ｂ1と、衛星Ｃからの信号によって得た円ｃの三つの円
の交点Ｐ1が移動体の位置として算出される。

【００２６】このようにして移動体の位置と、電波航法
装置内の時計の時間差を算出する（step３０２）。ま
た、その時得られた位置情報と、ΔτRを記憶する（ste
p３０３）。

【００２７】以上は受信可能な衛星が３局以上あってこ
れら複数の衛星からの信号より移動体の位置を求めるこ
とが可能な場合である。ところが、移動体が都市部のビ
ルの谷間などへ移動し、受信可能な衛星の数が１つにな
る場合がある。

【００２８】以下、受信可能な衛星の数が１つになった
場合について説明する。移動体がビルの谷間などへ移動
して１つの衛星しか受信出来ない状態になった場合、演
算部４では、まず測位に用いる内部時計の更新を停止
し、ΔτRを前回の測位で求めた値に固定する（step３
０４）。また同時に高度情報ｚを固定する。但し前回の
測位での受信可能な衛星数が３局の場合には高度情報ｚ
はその時点で固定されている。

【００２９】測位演算としては、演算部４で信号を受け
た時刻と、その信号が衛星から発信された時刻（当該信
号に乗せられている）の時間差を求め、この時間差より
移動体と衛星の疑似距離を求める。さらに受信した信号
中のメッセージより衛星の位置やその他測位に必要なパ
ラメータを求めることができる。これらの値を（数５）
に代入すると、移動体の存在し得る地球上の円（図２に
おける円ｂ2）方程式が得られ（step３０８）、この円
は（ｘ，ｙ）を変数として（数６）のように書き表され
る。

【００３０】

【数６】

【００３１】ここでz0は、３つ以上の衛星の信号が受信
可能な状態で測位結果から求められた高さの値である。

【００３２】移動体が１つの衛星しか受信出来ない状態
になった場合は、移動体の方位角検知手段６により移動
体の方位角の変化量を得ることにより、３局以上の衛星
の信号が受信可能な状態での通常の測位結果で得られた
位置（図２のＰ1）からの移動方向を推定し、前回の測
位時（受信可能無線局が３局以上）から今回の信号受信
時までの間の移動体の移動経路（図２のＬ）を求める
（step３０９）。この移動経路と（step３０８）で得ら
れる円（図２のｂ2）の交点（図２のＰ2）より移動体の
位置を求める（step３１０）。この測位位置と移動体の
進行方向の情報を記憶する（step３０３）。

【００３３】このような処理を行うことで、受信可能な
衛星数が１つの場合にも、位置の推定を行うことができ
る。そしてstep３０４、step３０８〜step３１０、step
３０３の処理を、受信可能な衛星の数が３局以上となる
まで繰返し行ない、逐次各時刻での移動体の位置を更新
しながら求めることで、移動体の現在位置の推定を行
う。

【００３４】ここで、移動体の運動周期よりも十分に短
い周期で測位演算を繰返しを行うことが可能な場合は、
その処理の間の移動は直線移動と見なし、step３１０で
の位置処理を行う。

【００３５】しかし何等かの原因で測位演算の速度が移
動体の運動周期に比べて遅い場合には、方位角検知手段
６等の検知情報に基づいて測位地点間の移動軌跡を補間
するような処理を行い、測位結果を算出する。この軌跡
の補間とは、例えば移動体の進行速度を固定するか、あ
るいはその変化を予測し、移動体の角度変化を移動体の
運動周期より短い時間で取り込む処理を行なうことによ
って、今回の信号受信時までの間の移動体の移動経路を
方位角検知手段６からの角度変化量情報を加味して求め
る。このような処理を行うことで、測位演算の速度が移
動体の運動周期に比べて遅い場合でも比較的精度の高い
測位が可能である。

【００３６】以上の実施例のように測位結果を求めるこ
とにより、移動体の移動距離は、受信可能な衛星の位置
と衛星から発信された信号の伝搬時間のみで求めること
ができ、従来の電波航法装置のような誤差の累積を生じ
ないといった特徴を持つ。

【００３７】方位角検知手段６としては、光ファイバー
ジャイロ、震動片型ジャイロ等、各種ヨーレートセンサ
で移動体が回転する時の角速度を検知してその検知結果
を時間積分することで角度に変換する手段を用いること
が可能であり、また磁気センサを用いて磁北に対する回
転角を求める手段等を用いることも可能である。

【００３８】受信可能な衛星の数が２局の場合は、受信
可能な衛星の数が１つの場合と同様に、電波航法装置内
部の時計の更新を停止し（step３０４）それぞれの衛星
との距離を求めることで２つの円を求め、その交点を求
めることで現在位置を求めることができる。この場合、
２つの円の交点は２点存在することがあるが、それぞれ
の交点は、１点は前回の測位位置とその移動体の速度か
ら考えて、移動可能な範囲に存在し、もう１点は、前者
の測位位置に比べ移動可能と考えられる範囲を大きく外
れることになり、測位結果では、前者の位置が現在位置
として選択される（step３０６）。

【００３９】どの衛星からの信号も正常に受信出来ない
場合は、測位できないことを示すメッセージを返す（st
ep３１１）。

【００４０】なお、以上の例は無線局が複数の周回衛星
である場合の例であるが、無線局として地上に設置され
た複数の局を使った測位システムであっても本発明を用
いることは可能である。

【００４１】

【発明の効果】本発明による電波航法装置は、受信可能
な１つの無線局からの信号で移動体の信号受信時の現在
位置を含む円を算出する手段と、移動体の角度変化量を
検知する方位角検知手段と、この方位角検知手段の検知
出力に基いて前回測位時点から移動体が移動した方向
（移動経路）を求め、この方向と前記円より移動体の現
在位置を求める手段を設けた構成により、受信可能な無
線局が１つになった場合にも、その受信可能な１つの無
線局からの信号に基いて移動体の現在位置を含む円を算
出するとともに、方位角検知手段から得た移動体の移動
方向と前記円との交点を求めることによって移動体の現
在位置を高い精度で推測することが可能であり、従来必
要であった移動距離検知手段を必要としない。さらに無
線局からの信号により移動距離を算出することで、構造
的な誤差を含む従来の電波航法装置と比較して、精度の
良い測位が可能となる。さらに移動距離検知手段を省く
ことが可能であり、移動距離検知手段からの検知結果を
取り込むための配線工事等が不要になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における電波航法装置の基本
構成図

【図２】同実施例における電波航法装置の測位原理を示
す説明図

【図３】同実施例における電波航法装置の処理を示すフ
ローチャート

【図４】従来の電波航法装置の基本構成図

【図５】従来の電波航法装置の処理を示すフローチャー
ト

【符号の説明】

１アンテナ２受信部３測位部４演算部５制御部６方位角検知手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無線局からの電波を受けるためのアンテナ
と、前記アンテナで受けた電波を検波して信号を取りだ
す受信部と、前記受信部で検波された信号から無線局位
置情報及び電波伝搬情報を求めるとともにこれらの情報
より受信した現在位置を含む円を算出する手段と、移動
体の進行方向の回転角を検知するための方位角検知手段
とを有し、前記方位角検知手段の検知出力に基いて前回の測位点か
らの移動体の移動方向を求め、この移動方向と前記円よ
り移動体の現在位置を求める手段とを有することを特徴
とする電波航法装置。
【請求項２】無線局からの電波を受けるためのアンテナ
と、前記アンテナで受けた電波を検波し信号を取りだす
受信部と、前記受信部で検波された信号から無線局位置
情報及び電波伝搬情報を求める測位部と、複数の無線局
からの電波を受信して前記測位部で得られた複数の無線
局位置情報及び電波伝搬情報から受信点位置を算出する
演算部を備えた電波航法装置であって、前記移動体の進行方向の回転角を検知するための方位角
検知手段と、一つの無線局から受信した無線局位置情報及び電波伝搬
情報より現在位置を含む円を算出する手段と、前回の測位時から今回の信号受信時までの間の移動体の
移動経路を方位角検知手段より出力される角度変化量を
加味して求める手段と、前記円と前記移動経路より移動体の現在位置を求める手
段とを設けたことを特徴とする電波航法装置。
【請求項３】方位角検知手段として、光ファイバージャ
イロセンサもしくは震動型ジャイロセンサ等の移動体の
ヨーレートを検知するセンサを備えたことを特徴とする
請求項１又は２記載の電波航法装置。
【請求項４】方位角検知手段として、磁気センサコンパ
スを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の電波
航法装置。
【請求項５】無線局は、ＧＰＳ衛星としたことを特徴と
する請求項１又は２又は３又は４記載の電波航法装置。