JPH09178508A - 可動プラットホーム上の2つのアンテナとともに用いるための装置、および移動体の機首方位を決定する方法、ならびにその方法を行なう装置 - Google Patents
可動プラットホーム上の2つのアンテナとともに用いるための装置、および移動体の機首方位を決定する方法、ならびにその方法を行なう装置Info
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- JPH09178508A JPH09178508A JP8165741A JP16574196A JPH09178508A JP H09178508 A JPH09178508 A JP H09178508A JP 8165741 A JP8165741 A JP 8165741A JP 16574196 A JP16574196 A JP 16574196A JP H09178508 A JPH09178508 A JP H09178508A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 改良された機首方位推定を達成するために、
間隔を空けた2つのアンテナで受信する衛星信号を利用
する統合されたGPS/慣性航法装置を提供する。 【解決手段】 GPS/慣性航法装置は、受信機(5)
と慣性航法システム(7)とからなる。受信機(5)
は、持続時間Tp の連続的時間に2つのアンテナ(1、
3)の各々によって受信された1以上の衛星信号の1以
上の成分信号の各々の搬送波位相を測定する。1つのア
ンテナで受信された1つの衛星信号の成分信号のみがT
p 時間に測定される。受信機(5)は、Tk 時間に得ら
れる各成分信号のTp 位相を利用し、Tk 時間の終わり
に成分信号の位相を推定する。慣性航法システム(7)
は、移動体の機首方位および慣性航法システム(7)の
慣性センサから2つのアンテナ(1、3)の各々の変位
を決定するときにTk 位相を利用する。
間隔を空けた2つのアンテナで受信する衛星信号を利用
する統合されたGPS/慣性航法装置を提供する。 【解決手段】 GPS/慣性航法装置は、受信機(5)
と慣性航法システム(7)とからなる。受信機(5)
は、持続時間Tp の連続的時間に2つのアンテナ(1、
3)の各々によって受信された1以上の衛星信号の1以
上の成分信号の各々の搬送波位相を測定する。1つのア
ンテナで受信された1つの衛星信号の成分信号のみがT
p 時間に測定される。受信機(5)は、Tk 時間に得ら
れる各成分信号のTp 位相を利用し、Tk 時間の終わり
に成分信号の位相を推定する。慣性航法システム(7)
は、移動体の機首方位および慣性航法システム(7)の
慣性センサから2つのアンテナ(1、3)の各々の変位
を決定するときにTk 位相を利用する。
Description
【0001】
【発明の分野】この発明は一般的に、衛星信号を慣性航
法システム(INS)と組合せて利用し移動体機首方位
を決定するための方法および装置に関する。より特定的
には、この発明は、全世界測位システム(GPS)衛星
とバイアス誤差が1時間あたり1°までのレンジのジャ
イロを利用するINSとによって送信される信号の使用
に関する。
法システム(INS)と組合せて利用し移動体機首方位
を決定するための方法および装置に関する。より特定的
には、この発明は、全世界測位システム(GPS)衛星
とバイアス誤差が1時間あたり1°までのレンジのジャ
イロを利用するINSとによって送信される信号の使用
に関する。
【0002】
【発明の背景】移動体の位置、速度、および姿勢は、G
PS受信機/プロセッサとINSとを結合するという周
知の方法を用いて正確に決定され得る。しかしながら、
どの動作条件でも移動体の機首方位を正確に決定するに
は、中程度の精度の(すなわち、ジャイロバイアス誤差
が1時間あたり〜0.01°である)INSの場合には
ジャイロコンパシングに時間がかかり、精度の低い(す
なわちジャイロバイアス誤差が1時間あたり〜1°であ
る)INSの場合にはフラックスバルブなどの磁気検出
器を用いることが必要となる。
PS受信機/プロセッサとINSとを結合するという周
知の方法を用いて正確に決定され得る。しかしながら、
どの動作条件でも移動体の機首方位を正確に決定するに
は、中程度の精度の(すなわち、ジャイロバイアス誤差
が1時間あたり〜0.01°である)INSの場合には
ジャイロコンパシングに時間がかかり、精度の低い(す
なわちジャイロバイアス誤差が1時間あたり〜1°であ
る)INSの場合にはフラックスバルブなどの磁気検出
器を用いることが必要となる。
【0003】機首方位のINS測定値は、移動体操縦が
行なわれるときに移動体位置および速度のGPS測定値
を利用することによって補正され得る。しかしながら、
精度の低いINSの場合には、回転または加速を伴わな
い期間の機首方位の誤差は、ジャイロドリフトの結果と
してますます大きくなり、加速がない1時間ごとに1°
増える可能性があり、またはフラックスバルブの誤差に
よっておよそ1°に制限される。
行なわれるときに移動体位置および速度のGPS測定値
を利用することによって補正され得る。しかしながら、
精度の低いINSの場合には、回転または加速を伴わな
い期間の機首方位の誤差は、ジャイロドリフトの結果と
してますます大きくなり、加速がない1時間ごとに1°
増える可能性があり、またはフラックスバルブの誤差に
よっておよそ1°に制限される。
【0004】他の方法としては、2つのアンテナを備え
共通の時間基準を有する2つのGPS受信機を用い、ア
ンテナによって受信されたGPS搬送波位相間の位相差
を得るというやり方がある。
共通の時間基準を有する2つのGPS受信機を用い、ア
ンテナによって受信されたGPS搬送波位相間の位相差
を得るというやり方がある。
【0005】位相差とエフェメリスおよび時間によって
決定されるようなGPS衛星位置とが、INSピッチお
よびロールと一緒に用いられて移動体機首方位を決定す
ることができる。搬送波位相の周期性のために、不確実
性が生じるので、これを解決するためにさまざまな方法
が考案されている。2つの受信機が必要になるとき、特
に低価格のINSと一緒に用いられるとき、コストは望
ましくないものとなる。
決定されるようなGPS衛星位置とが、INSピッチお
よびロールと一緒に用いられて移動体機首方位を決定す
ることができる。搬送波位相の周期性のために、不確実
性が生じるので、これを解決するためにさまざまな方法
が考案されている。2つの受信機が必要になるとき、特
に低価格のINSと一緒に用いられるとき、コストは望
ましくないものとなる。
【0006】
【発明の概要】統合されたGPS/慣性航法装置は、可
動プラットホーム上に間隔を空けて設置した2つのアン
テナとともに用いられ、2つのアンテナは、1つ以上の
衛星から信号を受けることができる。各衛星信号は、1
つ以上の成分信号を含み、各成分信号は異なる搬送波周
波数を有する。統合されたGPS/慣性航法装置は、受
信機と慣性航法システムとからなる。
動プラットホーム上に間隔を空けて設置した2つのアン
テナとともに用いられ、2つのアンテナは、1つ以上の
衛星から信号を受けることができる。各衛星信号は、1
つ以上の成分信号を含み、各成分信号は異なる搬送波周
波数を有する。統合されたGPS/慣性航法装置は、受
信機と慣性航法システムとからなる。
【0007】受信機は、持続時間Tp の連続的時間の間
に2つのアンテナの各々によって受信された1つ以上の
衛星信号の1つ以上の成分信号の各々の搬送波位相を測
定する。Tp 時間の間に測定された位相は、Tp 位相と
呼ばれる。1つのアンテナによって受信された1つの衛
星信号の1成分信号のみが何らかの単一の時間の間に測
定される。受信機は、Tk 時間の間に得られた各成分信
号のTp 位相を利用し、Tk 時間の終わりに成分信号の
位相を推定する。このTk 時間の終わりの推定された位
相を、Tk 位相と呼ぶ。
に2つのアンテナの各々によって受信された1つ以上の
衛星信号の1つ以上の成分信号の各々の搬送波位相を測
定する。Tp 時間の間に測定された位相は、Tp 位相と
呼ばれる。1つのアンテナによって受信された1つの衛
星信号の1成分信号のみが何らかの単一の時間の間に測
定される。受信機は、Tk 時間の間に得られた各成分信
号のTp 位相を利用し、Tk 時間の終わりに成分信号の
位相を推定する。このTk 時間の終わりの推定された位
相を、Tk 位相と呼ぶ。
【0008】慣性センサとデジタルプロセッサとを含む
慣性航法システムは、移動体機首方位を決定するときに
Tk 位相を利用する。慣性航法システムは、慣性航法シ
ステムの慣性センサから2つのアンテナの各々の変位を
決定するときもTk 位相を利用する。成分信号の測定さ
れた位相は、衛星信号が電離層を横切るため誤差を受け
やすい。慣性航法システムは、電離層補正を決定すると
きにTk 位相を利用することによって機首方位およびア
ンテナの変位をより正確に推定する。
慣性航法システムは、移動体機首方位を決定するときに
Tk 位相を利用する。慣性航法システムは、慣性航法シ
ステムの慣性センサから2つのアンテナの各々の変位を
決定するときもTk 位相を利用する。成分信号の測定さ
れた位相は、衛星信号が電離層を横切るため誤差を受け
やすい。慣性航法システムは、電離層補正を決定すると
きにTk 位相を利用することによって機首方位およびア
ンテナの変位をより正確に推定する。
【0009】
【発明の詳しい説明】この発明の好ましい実施例は、図
1に示されており、2つのアンテナ1および3と、交換
チャネルGPS受信機5と、慣性航法システム(IN
S)7とからなる。間隔を空けられた2つの全方向性ア
ンテナ1および3は、GPS衛星によって送信されたG
PS航法信号を、周波数L1(1575.42MHz)
とL2(1227.6MHz)とで受信するように設計
されている。
1に示されており、2つのアンテナ1および3と、交換
チャネルGPS受信機5と、慣性航法システム(IN
S)7とからなる。間隔を空けられた2つの全方向性ア
ンテナ1および3は、GPS衛星によって送信されたG
PS航法信号を、周波数L1(1575.42MHz)
とL2(1227.6MHz)とで受信するように設計
されている。
【0010】アンテナは、名目上水平な面に対する2本
のアンテナの位相中心の突出部分が少なくとも1メート
ル離れるようにプラットホーム上に取付けられる。この
分離は、航空機上では、たとえば、アンテナを胴体の上
部に沿って取付けるか、翼の1つまたは両方上に取付け
るかいずれかによって達成され得る。陸用または海用の
移動体上では、名目上水平な面に対するアンテナ位置の
突出部分が1メートル離され、妥当な範囲でさえぎられ
ていない空が見える場所であれば、構造のどの部分が使
用されてもよい。しかしながら、アンテナは物理的に
は、一つの名目上水平な面上にある必要はない。一方が
他方より高くてもよい。
のアンテナの位相中心の突出部分が少なくとも1メート
ル離れるようにプラットホーム上に取付けられる。この
分離は、航空機上では、たとえば、アンテナを胴体の上
部に沿って取付けるか、翼の1つまたは両方上に取付け
るかいずれかによって達成され得る。陸用または海用の
移動体上では、名目上水平な面に対するアンテナ位置の
突出部分が1メートル離され、妥当な範囲でさえぎられ
ていない空が見える場所であれば、構造のどの部分が使
用されてもよい。しかしながら、アンテナは物理的に
は、一つの名目上水平な面上にある必要はない。一方が
他方より高くてもよい。
【0011】アンテナは、衛星に対するあらゆる観察角
度においてアンテナの位相中心を十分に制御するように
地板に取付けられるべきである。移動体の他の部分から
受ける反射もまた、最適な性能のために最小にされるべ
きである。
度においてアンテナの位相中心を十分に制御するように
地板に取付けられるべきである。移動体の他の部分から
受ける反射もまた、最適な性能のために最小にされるべ
きである。
【0012】アンテナ1によって受信された航法信号
は、RFチャネル9および11に与えられ、アンテナ3
によって受信された信号はRFチャネル13および15
に与えられる。RFチャネル9および13はL1信号成
分だけを通す一方、RFチャネル11および15はL2
信号成分だけを通す。4つのRFチャネルの出力は、ス
イッチ17に与えられる。
は、RFチャネル9および11に与えられ、アンテナ3
によって受信された信号はRFチャネル13および15
に与えられる。RFチャネル9および13はL1信号成
分だけを通す一方、RFチャネル11および15はL2
信号成分だけを通す。4つのRFチャネルの出力は、ス
イッチ17に与えられる。
【0013】スイッチ17の信号出力は、ダウンコンバ
ータ19に与えられ、ダウンコンバータ19は、コンダ
クタ21上に表われる制御信号の影響下に、入力信号の
周波数を固定IFに変換する。ダウンコンバータ19の
出力は、信号ディジタイザ23に与えられる。
ータ19に与えられ、ダウンコンバータ19は、コンダ
クタ21上に表われる制御信号の影響下に、入力信号の
周波数を固定IFに変換する。ダウンコンバータ19の
出力は、信号ディジタイザ23に与えられる。
【0014】信号ディジタイザ23は、入力信号の同相
および直角位相成分をコードチッピング速度の2倍の速
度でサンプリングし、これら同相および直角位相ディジ
タル化サンプルを受信機プロセッサ25に与え、受信機
プロセッサ25は、搬送波位相の推定も含めて多くの機
能を行なう。
および直角位相成分をコードチッピング速度の2倍の速
度でサンプリングし、これら同相および直角位相ディジ
タル化サンプルを受信機プロセッサ25に与え、受信機
プロセッサ25は、搬送波位相の推定も含めて多くの機
能を行なう。
【0015】(擬似レンジ、デルタ擬似レンジ、および
搬送波位相の推定を含む航法情報を得るために必要な基
本的な機能に限って)ダウンコンバータ19、信号ディ
ジタイザ23、および受信機プロセッサ25が米国特許
第4,807,256号にさらに詳しく説明されてお
り、ここに引用により援用する。
搬送波位相の推定を含む航法情報を得るために必要な基
本的な機能に限って)ダウンコンバータ19、信号ディ
ジタイザ23、および受信機プロセッサ25が米国特許
第4,807,256号にさらに詳しく説明されてお
り、ここに引用により援用する。
【0016】受信機プロセッサ25は線27上の制御信
号により、スイッチ17が周期的にかつ繰返しその4つ
の入力信号をその出力に順次配することを引き起こし、
それによって各繰返しサイクルの間にアンテナおよび周
波数の4つの組合せに対して、擬似レンジ、デルタ擬似
レンジ、および搬送波位相が得られる。
号により、スイッチ17が周期的にかつ繰返しその4つ
の入力信号をその出力に順次配することを引き起こし、
それによって各繰返しサイクルの間にアンテナおよび周
波数の4つの組合せに対して、擬似レンジ、デルタ擬似
レンジ、および搬送波位相が得られる。
【0017】擬似レンジRp は以下の式(1)によって
規定される。 Rp =R+c(Δt−ΔT)+ΔRion +ΔRtrop …(1) 上式でRはアンテナから衛星までの実際のレンジであ
り、cは真空状態における電波の伝搬速度であり、Δt
は衛星クロック誤差であり、ΔTはユーザクロック誤差
であり、ΔRion およびΔRtropは、電離層補正および
対流圏補正であり、電離層および対流圏それぞれを介す
る電波の伝搬速度を真空状態と比べたときの差である。
規定される。 Rp =R+c(Δt−ΔT)+ΔRion +ΔRtrop …(1) 上式でRはアンテナから衛星までの実際のレンジであ
り、cは真空状態における電波の伝搬速度であり、Δt
は衛星クロック誤差であり、ΔTはユーザクロック誤差
であり、ΔRion およびΔRtropは、電離層補正および
対流圏補正であり、電離層および対流圏それぞれを介す
る電波の伝搬速度を真空状態と比べたときの差である。
【0018】デルタ擬似レンジは、特定の時間間隔にわ
たる擬似レンジの変化であり、衛星クロック速度誤差お
よびユーザクロック速度誤差の差を調整した実際のレン
ジの時間変化率に等しく、受信した衛星信号の搬送波周
波数における測定ドップラーシフトに相当する。
たる擬似レンジの変化であり、衛星クロック速度誤差お
よびユーザクロック速度誤差の差を調整した実際のレン
ジの時間変化率に等しく、受信した衛星信号の搬送波周
波数における測定ドップラーシフトに相当する。
【0019】搬送波位相Φは、以下の式(2)によって
規定される。 Φ=R+c(Δt−ΔT)−Nλ+ΔRion +ΔRtrop …(2) 上式でλは、電波の波長であり、Nは、Φが1波長レン
ジに限定されるような整数である。
規定される。 Φ=R+c(Δt−ΔT)−Nλ+ΔRion +ΔRtrop …(2) 上式でλは、電波の波長であり、Nは、Φが1波長レン
ジに限定されるような整数である。
【0020】慣性航法システム7におかれたカルマンフ
ィルタ29は、受信機プロセッサ25に算出ユーザクロ
ック誤差およびユーザクロック速度誤差を与える。受信
機プロセッサ25は、算出ユーザクロック誤差を、擬似
レンジおよび搬送波位相の自ら推定した値、推定値に加
算し、算出ユーザクロック速度誤差をデルタ擬似レンジ
の推定値に加算し、ユーザクロック調整(UCA)推定
値を得る。これらのUCA擬似レンジ、デルタ擬似レン
ジ、および搬送波位相は、受信機プロセッサ25によっ
てカルマンフィルタ29に与えられる。
ィルタ29は、受信機プロセッサ25に算出ユーザクロ
ック誤差およびユーザクロック速度誤差を与える。受信
機プロセッサ25は、算出ユーザクロック誤差を、擬似
レンジおよび搬送波位相の自ら推定した値、推定値に加
算し、算出ユーザクロック速度誤差をデルタ擬似レンジ
の推定値に加算し、ユーザクロック調整(UCA)推定
値を得る。これらのUCA擬似レンジ、デルタ擬似レン
ジ、および搬送波位相は、受信機プロセッサ25によっ
てカルマンフィルタ29に与えられる。
【0021】受信機プロセッサ25は、衛星エフェメリ
スデータ、衛星クロックおよびクロック速度誤差、なら
びに同期データを衛星信号から抽出し、このデータを慣
性航法システム7のレンジプロセッサ31に与える。
スデータ、衛星クロックおよびクロック速度誤差、なら
びに同期データを衛星信号から抽出し、このデータを慣
性航法システム7のレンジプロセッサ31に与える。
【0022】リットン(Litton)LN−200モデルで
ある、慣性測定ユニット(IMU)33は、慣性航法シ
ステム7の航法プロセッサ35に、プラットホームに固
定された加速度計によって測定されるプラットホーム加
速度、およびこれもまたプラットホームに固定されたジ
ャイロによって測定されるプラットホーム角回転速度を
与える。このデータは、加速度計およびジャイロバイア
ス、尺度係数誤差、ならびにミスアライメントに関し
て、カルマンフィルタ29によって与えられたデータを
用いて、航法プロセッサ35によって補正される。
ある、慣性測定ユニット(IMU)33は、慣性航法シ
ステム7の航法プロセッサ35に、プラットホームに固
定された加速度計によって測定されるプラットホーム加
速度、およびこれもまたプラットホームに固定されたジ
ャイロによって測定されるプラットホーム角回転速度を
与える。このデータは、加速度計およびジャイロバイア
ス、尺度係数誤差、ならびにミスアライメントに関し
て、カルマンフィルタ29によって与えられたデータを
用いて、航法プロセッサ35によって補正される。
【0023】気圧高度計37は、プラットホーム高度入
力を航法プロセッサ35に与える。高度計バイアスおよ
び尺度係数誤差に関する補正は、カルマンフィルタ29
によって航法プロセッサ35に与えられる。
力を航法プロセッサ35に与える。高度計バイアスおよ
び尺度係数誤差に関する補正は、カルマンフィルタ29
によって航法プロセッサ35に与えられる。
【0024】航法プロセッサ35は、プラットホーム加
速度、角回転速度、および高度を用いて、プラットホー
ムの位置、速度、および高度を周期的に計算する。これ
らの量は、カルマンフィルタ29によって与えられたデ
ータで補正され、補正されたデータはレンジプロセッサ
31に送られる。
速度、角回転速度、および高度を用いて、プラットホー
ムの位置、速度、および高度を周期的に計算する。これ
らの量は、カルマンフィルタ29によって与えられたデ
ータで補正され、補正されたデータはレンジプロセッサ
31に送られる。
【0025】レンジプロセッサ31は、この補正された
データを、(カルマンフィルタ29によって与えられる
アンテナ変位誤差に従って補正された)アンテナ変位お
よび衛星エフェメリスデータと一緒に用いて、算出レン
ジ、デルタレンジ、および搬送波位相を得る。レンジプ
ロセッサ31は、衛星クロック誤差、電離層補正、およ
び対流圏補正を各算出レンジに加算し、それによって、
受信機プロセッサ25によってカルマンフィルタ29に
与えられたUCA擬似レンジに類似した量を得る。
データを、(カルマンフィルタ29によって与えられる
アンテナ変位誤差に従って補正された)アンテナ変位お
よび衛星エフェメリスデータと一緒に用いて、算出レン
ジ、デルタレンジ、および搬送波位相を得る。レンジプ
ロセッサ31は、衛星クロック誤差、電離層補正、およ
び対流圏補正を各算出レンジに加算し、それによって、
受信機プロセッサ25によってカルマンフィルタ29に
与えられたUCA擬似レンジに類似した量を得る。
【0026】電離層補正は、電離層パラメータを含む式
から決定される(電離層パラメータの誤差は、カルマン
フィルタ29によって決定され、レンジプロセッサに与
えられる)。対流圏補正は、レンジプロセッサ31によ
って、エフェメリスデータおよびユーザの移動体の位置
から計算される。
から決定される(電離層パラメータの誤差は、カルマン
フィルタ29によって決定され、レンジプロセッサに与
えられる)。対流圏補正は、レンジプロセッサ31によ
って、エフェメリスデータおよびユーザの移動体の位置
から計算される。
【0027】レンジプロセッサ31はまた、衛星クロッ
ク速度誤差を、各算出デルタレンジに加算し、それによ
って、受信機プロセッサ25によってカルマンフィルタ
29に与えられたUCAデルタ擬似レンジに類似した量
を得る。レンジプロセッサ31はまた、UCA擬似レン
ジに類似したもの各々からNλを減算し、UCA搬送波
位相に類似した量を得る。これらの算出されたUCA擬
似レンジに類似したもの、算出されたUCAデルタレン
ジに類似したもの、および算出されたUCA搬送波位相
に類似したものが、カルマンフィルタ29に与えられ
る。
ク速度誤差を、各算出デルタレンジに加算し、それによ
って、受信機プロセッサ25によってカルマンフィルタ
29に与えられたUCAデルタ擬似レンジに類似した量
を得る。レンジプロセッサ31はまた、UCA擬似レン
ジに類似したもの各々からNλを減算し、UCA搬送波
位相に類似した量を得る。これらの算出されたUCA擬
似レンジに類似したもの、算出されたUCAデルタレン
ジに類似したもの、および算出されたUCA搬送波位相
に類似したものが、カルマンフィルタ29に与えられ
る。
【0028】Nの決定は、多くの方法のうちいずれか1
つにおいて達成され得る。その例が、ナイト(Knight)
による米国特許第5,296,861号、ウォード(Wa
rd)らによる米国特許第5,185,610号、および
ハッチ(Hatch )による米国特許第5,072,227
号に記載される。
つにおいて達成され得る。その例が、ナイト(Knight)
による米国特許第5,296,861号、ウォード(Wa
rd)らによる米国特許第5,185,610号、および
ハッチ(Hatch )による米国特許第5,072,227
号に記載される。
【0029】カルマンフィルタ29は、航法問題の最小
平均2乗誤差の解を得て、カルマン処理の次の繰返しに
先駆けて補正を入力データに与える。カルマン処理は周
知であり、A.ゲルブ(Gelb)編集、「応用最適推定」
(Applied Optimal Estimation)、アナリティカル・サ
イエンシズ・コーポレイション、M.I.T.出版、ケ
ンブリッジ、マサチューセッツ州、1974年(The An
alytical Sciences Corporation, The M.I.T. Press, C
ambridge, Mass., 1974 )をはじめ多くの教本に詳しく
述べられているので、ここでは説明しない。
平均2乗誤差の解を得て、カルマン処理の次の繰返しに
先駆けて補正を入力データに与える。カルマン処理は周
知であり、A.ゲルブ(Gelb)編集、「応用最適推定」
(Applied Optimal Estimation)、アナリティカル・サ
イエンシズ・コーポレイション、M.I.T.出版、ケ
ンブリッジ、マサチューセッツ州、1974年(The An
alytical Sciences Corporation, The M.I.T. Press, C
ambridge, Mass., 1974 )をはじめ多くの教本に詳しく
述べられているので、ここでは説明しない。
【0030】カルマンフィルタ29によって用いられる
移動体状態は、42あり、それらは、2つの水平位置状
態、1つの機首方位状態、3つの速度状態、3つの高度
状態、1つの高度状態、3つの加速度計バイアス状態、
3つの加速度計尺度係数状態、6つの加速度計ミスアラ
イメント状態、3つのジャイロバイアス状態、3つのジ
ャイロ尺度係数状態、3つのジャイロミスアライメント
状態、1つの気圧高度計バイアス状態、1つの気圧高度
計尺度係数状態、1つのユーザクロック位相状態、1つ
のユーザクロック周波数状態、1つの電離層パラメータ
状態、および6つのアンテナ変位状態からなる。
移動体状態は、42あり、それらは、2つの水平位置状
態、1つの機首方位状態、3つの速度状態、3つの高度
状態、1つの高度状態、3つの加速度計バイアス状態、
3つの加速度計尺度係数状態、6つの加速度計ミスアラ
イメント状態、3つのジャイロバイアス状態、3つのジ
ャイロ尺度係数状態、3つのジャイロミスアライメント
状態、1つの気圧高度計バイアス状態、1つの気圧高度
計尺度係数状態、1つのユーザクロック位相状態、1つ
のユーザクロック周波数状態、1つの電離層パラメータ
状態、および6つのアンテナ変位状態からなる。
【0031】カルマンフィルタ繰返しを行なうのに典型
的に必要な時間Tk は、数秒である。図1のスイッチ1
7用のスイッチングサイクルは、4Tk 程度で、その場
合受信機プロセッサ25は、カルマンフィルタ繰返しが
始まるのと同時に1つの周波数および1つのアンテナに
関する搬送波位相の推定値を与える。受信機プロセッサ
25は、千分の一秒ほどのTp 間隔で搬送波位相推定値
を生成し得るが、この場合に各Tk 間隔の始まりで生成
される搬送波位相推定値が、前のTk 間隔の間に得られ
た搬送波位相推定値のすべてを用いて計算されると考え
られる。しかしながら、1つだけの新しい搬送波位相推
定値が、各繰返しの間にカルマンフィルタ処理に入るこ
とになるであろう。時間間隔の間に得られる位相測定値
を用いてある期間の終わりに位相を決定するやり方は、
簡単でかつ十分に理解される統計学上の方法であり、多
くの教本に説明されている。
的に必要な時間Tk は、数秒である。図1のスイッチ1
7用のスイッチングサイクルは、4Tk 程度で、その場
合受信機プロセッサ25は、カルマンフィルタ繰返しが
始まるのと同時に1つの周波数および1つのアンテナに
関する搬送波位相の推定値を与える。受信機プロセッサ
25は、千分の一秒ほどのTp 間隔で搬送波位相推定値
を生成し得るが、この場合に各Tk 間隔の始まりで生成
される搬送波位相推定値が、前のTk 間隔の間に得られ
た搬送波位相推定値のすべてを用いて計算されると考え
られる。しかしながら、1つだけの新しい搬送波位相推
定値が、各繰返しの間にカルマンフィルタ処理に入るこ
とになるであろう。時間間隔の間に得られる位相測定値
を用いてある期間の終わりに位相を決定するやり方は、
簡単でかつ十分に理解される統計学上の方法であり、多
くの教本に説明されている。
【0032】スイッチ17に関するスイッチングサイク
ルは、4Tp ほどであり得るが、この場合受信機プロセ
ッサ25は各Tk 間隔の始まりで4つの搬送波位相推定
値を与えるであろう。受信機プロセッサ25は、Tk 間
隔の始まりで配された特定の周波数および特定のアンテ
ナに関する搬送波位相推定値を、前のTk 間隔の間に得
られた同じ周波数および同じアンテナに対応する位相推
定値のすべてを用いて計算するであろう。
ルは、4Tp ほどであり得るが、この場合受信機プロセ
ッサ25は各Tk 間隔の始まりで4つの搬送波位相推定
値を与えるであろう。受信機プロセッサ25は、Tk 間
隔の始まりで配された特定の周波数および特定のアンテ
ナに関する搬送波位相推定値を、前のTk 間隔の間に得
られた同じ周波数および同じアンテナに対応する位相推
定値のすべてを用いて計算するであろう。
【0033】スイッチングサイクルはもちろん、4Tp
と4Tk との間のいかなる範囲にあってもよい。
と4Tk との間のいかなる範囲にあってもよい。
【0034】好ましい実施例は、スイッチングサイクル
により2つのアンテナの各々から周波数L1およびL2
の信号が選択されるシステムである。別の実施例では、
スイッチングサイクルは、2つのアンテナ間でサイクル
し、信号周波数は常にL1またはL2いずれかであると
いうことが考えられる。この場合電離層パラメータ状態
はカルマンフィルタ状態から省かれることになる。同様
に、スイッチングサイクルが2つの周波数間で交互にな
ってアンテナは常に同じものであるということが考えら
れる。この場合移動体機首方位のカルマンフィルタ処理
推定には、間隔を空けて分離されたアンテナで受信され
た信号の搬送波位相の測定からの利点は与えられないで
あろう。しかしながら、電離層パラメータの誤差は、な
おもカルマンフィルタ処理を利用して推定され得るであ
ろう。
により2つのアンテナの各々から周波数L1およびL2
の信号が選択されるシステムである。別の実施例では、
スイッチングサイクルは、2つのアンテナ間でサイクル
し、信号周波数は常にL1またはL2いずれかであると
いうことが考えられる。この場合電離層パラメータ状態
はカルマンフィルタ状態から省かれることになる。同様
に、スイッチングサイクルが2つの周波数間で交互にな
ってアンテナは常に同じものであるということが考えら
れる。この場合移動体機首方位のカルマンフィルタ処理
推定には、間隔を空けて分離されたアンテナで受信され
た信号の搬送波位相の測定からの利点は与えられないで
あろう。しかしながら、電離層パラメータの誤差は、な
おもカルマンフィルタ処理を利用して推定され得るであ
ろう。
【0035】図1に示された好ましい実施例は、受信機
プロセッサ23、航法プロセッサ35、レンジプロセッ
サ31、およびカルマンフィルタ29を示す。代替的な
好ましい実施例も単一のディジタルプロセッサを利用し
てこれらの4つのプロセッサの機能を行なうであろう。
プロセッサ23、航法プロセッサ35、レンジプロセッ
サ31、およびカルマンフィルタ29を示す。代替的な
好ましい実施例も単一のディジタルプロセッサを利用し
てこれらの4つのプロセッサの機能を行なうであろう。
【図1】この発明のブロック図である。
1 アンテナ 3 アンテナ 5 スイッチングチャネルGPS受信機 7 慣性航法システム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロナルド・エイ・ブラウン アメリカ合衆国、34642 フロリダ州、セ ミノール、アシュレイ・コート、11791
Claims (11)
- 【請求項1】 可動プラットホーム上で2つのアンテナ
をともに用いるための装置であって、前記2つのアンテ
ナは、1つ以上の衛星から信号を受信することができ、
各衛星信号は、1つ以上の成分信号を含み、各成分信号
は異なった搬送波周波数を有し、 連続的持続時間Tp の間に前記2つのアンテナの各々に
よって受信された1つ以上の衛星信号の1つ以上の成分
信号の各々の搬送波位相を測定する受信機を含み、Tp
時間の間に測定された位相はTp 位相と呼ばれ、1本の
アンテナによって受信された1つの衛星信号の1つの成
分信号のみが何らかの単一の時間の間に測定され、前記
受信機は、Tk 時間の間に得られた各成分信号の前記T
p 位相を利用し、Tk 時間の終わりに前記成分信号の位
相を推定し、Tk 時間の終わりの推定された位相はTk
位相と呼ばれ、Tk はTp に等しいかまたはそれより大
きく、さらに、 慣性センサとデジタルプロセッサとを含む慣性航法シス
テムを含み、前記慣性航法システムは、移動体の機首方
位を決定するときに前記Tk 位相を利用する、装置。 - 【請求項2】 前記慣性航法システムは、前記慣性航法
システムの慣性センサから前記2本のアンテナの各々の
変位を決定するときに前記Tk 位相を利用する、請求項
1に記載の装置。 - 【請求項3】 前記慣性航法システムは、電離層補正を
決定するときに前記Tk 位相を利用する、請求項1に記
載の装置。 - 【請求項4】 前記慣性航法システムは、カルマンフィ
ルタ処理を利用することによって機首方位を含む航法量
を推定し、新しいTk 位相が得られる時間は、カルマン
フィルタ繰返しの始まりと一致する、請求項1に記載の
装置。 - 【請求項5】 前記慣性航法システムは、カルマンフィ
ルタ処理を利用することによって機首方位を含む航法量
を推定し、新しいTk 位相は、各カルマンフィルタ繰返
しの始まりで得られる、請求項1に記載の装置。 - 【請求項6】 前記慣性航法システムは、カルマンフィ
ルタ処理を利用することによって機首方位を含む航法量
を推定し、1つの新しいTk 位相は、各カルマンフィル
タの繰返しの始まりで得られる、請求項1に記載の装
置。 - 【請求項7】 前記受信機は、 複数の入力ポートと、出力ポートと、制御入力ポートと
を有する成分信号セレクタを含み、前記入力ポートのう
ち少なくとも1つは、一方のアンテナに接続され、他の
前記入力ポートは、他方のアンテナに接続され、前記制
御入力ポートにおける制御信号は、前記入力ポートが時
間Tp の間前記出力ポートに連続的に接続されることを
引き起こし、前記信号成分セレクタは、前記出力ポート
に接続された前記入力ポートに入る信号の信号成分が周
波数をRFからIFに変換することを引き起こし、さら
に、 信号入力ポートと、制御出力ポートと、データ出力ポー
トとを有するプロセッサを含み、前記信号入力ポートは
前記信号成分セレクタの出力ポートに接続され、前記制
御出力ポートは前記成分信号セレクタの制御入力ポート
に接続され、前記制御信号は前記プロセッサによって前
記制御出力ポートを介して前記成分信号セレクタに与え
られ、前記データ出力ポートは、前記慣性航法システム
に接続され、前記プロセッサは、各Tp 時間の間に前記
入力ポートに入る前記成分信号のTp 位相を測定し、各
Tk 時間の間に入力ポートに入る各成分信号に関してT
k位相を計算し、前記Tk 位相は、前記データ出力ポー
トを介して前記慣性航法システムに与えられる、請求項
1に記載の装置。 - 【請求項8】 慣性センサおよび少なくとも1つの衛星
信号を利用して移動体の機首方位を決定するための方法
であって、各衛星信号は1つ以上の成分信号を含み、各
成分信号は異なる搬送波周波数を有し、 (a) 連続的持続時間Tp の間に、前記移動体上の第
1および第2の予め定められたポイントにおいて受信さ
れた1つ以上の衛星信号の1つ以上の成分信号の各々の
位相を測定するステップを含み、少なくとも1つの成分
信号の位相は、いずれかのTp 時間の間に測定され、T
p 時間の間に測定された位相はTp 位相と呼ばれ、さら
に、 (b) Tk 時間の間に測定されたその成分信号に対し
てTp 位相を利用して、Tk 時間の終わりに各成分信号
の位相を計算するステップを含み、Tk 時間の終わりの
成分信号の位相は、Tk 位相と呼ばれ、さらに、 (c) Tk 時間の終わりに前記移動体上の第3の予め
定められたポイントを基準にした移動体位置、高度、速
度、ピッチおよびロールを決定するステップと、 (d) 前記ステップ(a)、(b)および(c)にお
いてなされた測定、計算、および決定を利用してTk 時
間の終わりに移動体の機首方位を決定するステップと、 (e) 前記ステップ(a)、(b)、(c)、および
(d)を無限に繰返すステップとを含む、方法。 - 【請求項9】 前記ステップ(a)、(b)、および
(c)においてなされた測定、計算、および決定を利用
してTk 時間の終わりに前記第3の予め定められたポイ
ントからの前記第1および第2の予め定められたポイン
トの変位を決定するステップ(f)をさらに含み、前記
ステップ(f)が、前記ステップ(d)と同時に行なわ
れる、請求項8に記載の方法。 - 【請求項10】 前記ステップ(a)、(b)、および
(c)においてなされた測定、計算、および決定を利用
してTk 時間の終わりに位相に対する電離層補正を決定
するステップ(g)をさらに含み、前記ステップ(g)
は、前記ステップ(d)と同時に行なわれる、請求項8
に記載の方法。 - 【請求項11】 請求項8の方法を行なう装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/511965 | 1995-08-07 | ||
US08/511,965 US5657025A (en) | 1995-08-07 | 1995-08-07 | Integrated GPS/inertial navigation apparatus providing improved heading estimates |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09178508A true JPH09178508A (ja) | 1997-07-11 |
Family
ID=24037146
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8165741A Pending JPH09178508A (ja) | 1995-08-07 | 1996-06-26 | 可動プラットホーム上の2つのアンテナとともに用いるための装置、および移動体の機首方位を決定する方法、ならびにその方法を行なう装置 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5657025A (ja) |
EP (1) | EP0763749A1 (ja) |
JP (1) | JPH09178508A (ja) |
KR (1) | KR970012260A (ja) |
CA (1) | CA2175945C (ja) |
IL (1) | IL118144A (ja) |
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