JPH11287850A

JPH11287850A - 測位システム、測位装置および測位方法

Info

Publication number: JPH11287850A
Application number: JP10091582A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Hayashi; 伸行林
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-04-03
Filing date: 1998-04-03
Publication date: 1999-10-19
Also published as: US6236356B1

Abstract

(57)【要約】【課題】複数のＧＰＳ受信機の相対位置を、ユーザの
居る地域にかかわらず、安定的に高精度で求めることが
できるようにする。【解決手段】測位装置１において、アンテナ１０で受
信された、複数の衛星からの測位情報がのせられた電波
のうち、使用可能な電波が選択部１２で選択される。通
信部１１によって相手の測位装置１’と通信が行われ、
装置１および１’とで共有できる電波が選択される。装
置１および１’とでは、この選択による共通の電波の組
で測位が行われる。装置１’の測位結果が送信され、装
置１に受信される。計算部１４では、装置１および１’
の測位結果の差分に基づき装置１および１’間での相対
距離が計算される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＧＰＳ(Global
Positioning System) などの、衛星から送信される測位
情報電波を用いて複数のＧＰＳ受信機間の距離をより正
確に求めるような測位システム、測位装置および測位方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、ＧＰＳを利用して利用者の位置を
知らせる位置通報システムが普及しつつある。ＧＰＳ
は、数個乃至十数個の衛星のそれぞれから、スペクトラ
ム拡散されて送信されるエフェメリスデータ（Ephemeri
s Data；軌道情報）とアルマナックデータ（Almanac Da
ta；衛星の暦）などの信号を受信し、受信されたこれら
のデータや信号に基づき、受信位置情報（緯度，経度）
を求める。アルマナックデータは、捕捉可能な衛星を決
定するために用いられる。エフェメリスデータは、衛星
の正確な位置情報であり、受信機と衛星との距離を求め
る際に用いられる。

【０００３】受信機は、例えば３個の衛星からデータを
受信して、それぞれのデータが送信されてから受信され
るまでの時間に基づき、疑似距離を算出する。そして、
さらに４個目の衛星からのデータを受信することで、疑
似距離に含まれる誤差を修正して、受信機の現在位置を
知る。

【０００４】ところで、このようなシステムを用いて、
複数の受信機間の距離を計算する際には、通常、測位精
度が問題とされる。測定精度が劣化する要因としては、
先ず、ＧＰＳ受信機の性能および衛星から発信される電
波の空間遅延などが挙げられる。また、劣化要因とし
て、ＧＰＳが軍事用として開発された経緯により、測位
情報の人為的な劣化なども存在する。

【０００５】このような要因による測位誤差は、ときに
は数１０ｍにも及ぶ。また、測位の誤差の大きさおよび
その振る舞いは、発信機の種類によって大きく異なり、
受信機側での誤差の予測は、通常、不可能である。

【０００６】そこで、一般に、発信機側の測位誤差は、
座標の既知である基地局にて発信機からの測位情報を受
信し、その測位結果と基地局の座標とを照らし合わせる
ことによって計算する。図７は、基地局による測位誤差
の計測の方法を概略的に示す。基地局Ｅは、ＧＰＳ受信
機を有し、その設置されている位置座標が既知である。
この基地局Ｅにおいて、ＧＰＳによる衛星Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄからの電波を受信し、衛星Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと基地局Ｅ
との距離をそれぞれ求める。これらの測定値と、基地局
Ｅの実際の座標から求めた値とを比較して、得られた誤
差ΔＡ，ΔＢ，ΔＣ，ΔＤを、それぞれ衛星Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄによる誤差とする。実際の測位に当たっては、こ
れら誤差ΔＡ，ΔＢ，ΔＣ，ΔＤを、それぞれ衛星Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄによる測位情報に加味する。

【０００７】例えばＧＰＳにおいては、このようにして
誤差を計算し補正情報をＦＭ電波で提供するシステムが
既に実用化されている。このシステムを用いることによ
り、ユーザは、高精度の測位情報を得ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この方法で
は、例えば補正情報を発信しているＦＭ電波の到達可能
な地域にユーザが居ない場合には、サービスを利用する
ことができないという問題点があった。

【０００９】また、このサービスを利用するためには、
複雑なハードウェアと、場合によっては使用料が必要と
なり、ユーザの負担が重いという問題点があった。さら
に、ＧＰＳ以外の位置計算用電波発信システムでは、こ
のようなサービスすら存在しないという問題点があっ
た。

【００１０】一方、例えば、複数の受信機間において、
相対的な位置関係を知りたいといったように、複数の受
信機間の距離を計測したい場合がある。この場合、複数
の受信機それぞれの絶対的な位置情報に関しては、精度
は重要ではないといえる。測定した受信機間の距離の精
度が所定の水準を満足できるものでありさえすればよ
い。すなわち、このような目的でＧＰＳを利用する場
合、従来のシステムでは十分対応できないという問題点
があった。

【００１１】また、安定した機能を発揮するためには、
ユーザがどの地域へ行っても一定水準の精度が保たれて
いる必要がある。しかしながら、従来のシステムでは、
例えば、衛星の移動に伴い測位に使用される衛星が変更
されるために、一定水準の維持が困難であるという問題
点があった。

【００１２】したがって、この発明の目的は、複数のＧ
ＰＳ受信機の相対位置を、ユーザの居る地域にかかわら
ず、安定的に高精度で求めることができるような測位シ
ステム、測位装置および測位方法を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、上述した課
題を解決するために、衛星から送信される測位情報を用
いて自身の位置を計測する測位システムにおいて、互い
に同一の組合せによる複数の衛星から送信された測位情
報を用いて測位を行う複数の測位手段を有し、複数の測
位手段による測位結果の差分を取ることで複数の測位手
段間の距離を求めるようにしたことを特徴とする測位シ
ステムである。

【００１４】衛星から送信される測位情報を用いて自身
の位置を計測する測位装置において、他の測位装置と通
信するための通信手段と、通信手段による他の測位装置
との通信に基づき、複数の衛星から送信された測位情報
を他の測位装置と共通となるように選択し、選択された
測位情報に基づき測位を行う測位手段と、測位手段によ
って得られた測位結果と、通信手段の通信によって得ら
れた他の測位装置の測位結果とに基づき、他の測位装置
との距離を求める距離算出手段とからなることを特徴と
する測位装置である。

【００１５】衛星から送信される測位情報を用いて自身
の位置を計測する測位方法において、互いに同一の組合
せによる複数の衛星から送信された測位情報を用いて測
位を行うようにされた複数の測位手段による測位結果の
差分を取ることで複数の測位手段間の距離を求めるよう
にしたことを特徴とする測位方法である。

【００１６】上述したように、この発明は、複数の測位
手段において、互いに同一の組合せによる複数の衛星か
ら送信された測位情報を用いて測位が行われ、複数の測
位手段による互いの測位結果の差分を取るようにされて
いるため、測位情報に含まれる誤差をキャンセルして、
複数の測位手段間の距離を相対的に求めることができ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態に
ついて説明する。この発明では、例えば複数のＧＰＳの
衛星からの電波を受信して測位を行う際に、ＧＰＳ受信
機を有する複数の測位装置で、同じ組合せの衛星からの
電波を受信する。これにより、複数の測位装置のそれぞ
れにおける測位誤差が略等しくなり、複数の測位装置の
相対位置が精度良く求められる。

【００１８】図１は、３つの発信機Ｆ，Ｇ，およびＨか
らの電波を受信して、それぞれの発信機からの距離を計
測して、位置Ｉの座標を２次元的に算出する様子を概略
的に示す。発信機から発信された電波を受信すること
で、電波の発信元を示す情報と、その電波が発信された
時刻情報とが得られる。電波が発信された時刻と、位置
Ｉにおいてその電波が受信された時刻との差分に光速度
ｃを乗ずることで、その発信機の位置から位置Ｉまでの
距離が求められる。

【００１９】３つの発信機Ｆ，Ｇ，およびＨの電波に基
づく距離算出結果には、誤差ΔＦ，誤差ΔＧ，および誤
差ΔＨのように、それぞれ大きさの異なる誤差が存在す
る。２次元で測位を行うこの例では、位置Ｉを求める計
算に必要な電波数は、２つである。しかしながら、使用
する電波の選択の如何によって、Ｐ_FG，Ｐ_GH，およびＰ
_FHのように、大きく測位結果が異なってしまう。

【００２０】次に、距離ｒだけ離れた２台の測位装置に
対して、この距離算出結果が及ぼす影響について考え
る。例えばＧＰＳの場合、発信機は、地上から約２０，
０００ｋｍの距離に位置する。そのため、発信機と各測
位装置とがなす角度θは、 θ≒ｔａｎ（ｒ／Ｒ）・・・（１）この式（１）で、近似的に求められる。ここで、Ｒは、
発信機から測位装置までの距離を示す。

【００２１】発信機から各測位装置までの距離Ｒは、測
位装置間の距離ｒに比べて非常に大きい。そのため、例
えば測位装置同士が１００ｋｍ離れていたとしても、θ
＝０．０００５°に過ぎない。すなわち、発信機から測
位装置までの距離が離れるほど、測位結果の、測位装置
間の距離による誤差が減少することになる。

【００２２】この発明では、これらの性質を応用して、
複数の測位装置が受信する電波に基づく計測の誤差を相
殺して、複数の測位装置間の距離を精度良く計測する。
発信機と各測位装置との距離が各測位装置間の距離に対
して十分に大きいシステムにおいて、全ての測位装置
で、同一の電波の組を用いて測位計算を行う。

【００２３】この条件で測位計算を行うことにより、異
なる発信機から得られる測位結果の誤差を、全ての測位
装置において等しくすることができる。したがって、そ
れぞれの測位装置で測位結果として得られた位置の差分
を取ることで、測位結果の誤差を最小にすることができ
る。

【００２４】この実施の一形態に適用できる測位計算の
例を、より具体的に説明する。先ず、未知数である測位
装置Ｓの位置を、座標（ｘ₀，ｙ₀，ｚ₀）とする。ま
た、複数存在する衛星のうち、第ｉ番の衛星の位置を、
座標（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i）とする。これは、この第ｉ番
の衛星から送信される測位情報に基づき、後述する誤差
成分ｅ_iを含んだ形で既知とされる。

【００２５】測位装置Ｓと第ｉ番の衛星との距離は、ピ
タゴラスの定理に基づき、式（２）から求められる。

【００２６】

【数１】

【００２７】なお、式（２）において、ｄＴ_i：測定で得られた、第ｉ番の衛星の電波伝搬時間ｄｔ：測位装置の時間のズレ（正しい時刻より遅れて
いる場合を正とする）ｃ：光速度ｅ_i ：第ｉ番の衛星からの測位情報に含まれる誤差成
分である。誤差成分ｅ_iは、例えば衛星から送信される電
波の伝搬遅延や、衛星位置情報の誤差からなる。

【００２８】また、測位装置Ｓと第ｉ番の衛星との距離
をｒ_0iとおき、式（２）の右辺を、ｃｄＴ_i= ｒ_i，ｃｄｔ＝ｓ・・・（３）こう書くと、ｒ_i ：疑似距離ｓ：測位装置の時計誤差による、距離への影響量である。疑似距離ｒ_iは、式から分かるように、測位装
置Ｓで得られた、第ｉ番の衛星と測位装置Ｓとの距離で
ある。

【００２９】式（２）と式（３）とから、測定で得られ
た疑似距離ｒ_iに関する式（４）が得られる。

【００３０】

【数２】

【００３１】測位に用いる４個の衛星について、疑似距
離ｒ_iをそれぞれ計測する。得られた疑似距離ｒ_iを式
（４）にそれぞれ代入して、４個の衛星に対応した４本
の式（４）を作る。これにより、４個の未知数（ｘ₀，
ｙ₀，ｚ₀，ｓ）を求めることができる。なお、測位に
用いる衛星の数は、４個以上であってもよい。

【００３２】ここで、２台の測位装置Ｓ₁，Ｓ₂がそれ
ぞれ地点Ａおよび地点Ｂにおいて衛星を捕捉する場合に
ついて考える。地点Ａにおける測位計算結果は、Ａ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（ｘ_a＋ｅ_xa，ｙ_a＋ｅ_ya，ｚ_a＋ｅ_za）・・・（５）となる。なお、（ｅ_xa，ｅ_ya，ｅ_za）は、ｅ_iによって
引き起こされる地点Ａでの誤差である。

【００３３】同様に、地点Ｂでのの測位計算結果は、Ｂ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（ｘ_b＋ｅ_xb，ｙ_b＋ｅ_yb，ｚ_b＋ｅ_zb）・・・（６）となる。ここでも地点Ａの場合と同様に、（ｅ_xb，
ｅ_yb，ｅ_zb）は、ｅ_iによって引き起こされる地点Ｂで
の誤差である。

【００３４】一方、式（１）を用いて既に説明したよう
に、衛星情報に含まれる誤差成分ｅ_iは、各衛星毎に、
測位装置のそれぞれにおいて互いに略等しいと考えられ
る。したがって、複数の測位装置で、同一の衛星の組を
用いてそれぞれの測位を行った場合の測位計算結果に含
まれる誤差は、式（７）に示されるように、複数の測定
装置のそれぞれにおいて略等しくなる。

【００３５】

【数３】

【００３６】以上により、地点Ａから地点Ｂまでの距離
ｒは、式（５）と式（６）との差分を取ることにより求
められる。これを式（８）に示す。

【００３７】

【数４】

【００３８】式（７）および式（８）により、測位結果
に含まれる衛星毎の誤差成分は、距離ｒにおいて殆どキ
ャンセルされることが分かる。そのため、この発明によ
る測位方法を用いることで、地点Ａおよび地点Ｂの２つ
の測位装置間の距離が精度良く求められる。

【００３９】図２は、この実施の一形態における測位装
置の構成の一例を示す。また、図３は、この実施の一形
態における測位計算の一例のフローチャートである。以
下、これら図２および図３を用いて、この実施の一形態
における測位について説明する。

【００４０】図２において、測位装置１は、アンテナ１
０，通信部１１，位置計算用電波選択部１２，位置計算
部１３，受信機間距離計算部１４，表示部１５，および
制御部１６からなる。上述したように、この発明による
測位を行う際には、この測位装置１と同等の装置が複数
台用いられる。ここでは、地点Ａにある測位装置１と、
地点Ｂにある測位装置１’とを用い、地点ＡおよびＢ間
の距離の計測を行うものとする。

【００４１】アンテナ１０および通信部１１は、送信用
および受信用を兼用し、例えばＧＰＳによる衛星からの
電波を受信すると共に、他の測位装置１’との送受信を
行う。また、通信部１１，位置計算用電波選択部１２，
位置計算部１３，受信機間距離計算部１４，および表示
部１５のそれぞれは、例えばＣＰＵおよびＲＡＭやＲＯ
Ｍといった構成からなる制御部１６に制御される。

【００４２】図３において、先ず、ステップＳ１０で、
例えばＧＰＳによる衛星からの電波を、アンテナ１０な
らびに通信部１１で受信し、測位計算に使用可能な電波
を検索する。測位に必要な例えば４個以上の衛星からの
電波が捕捉できたら、処理はステップＳ１１に移行す
る。

【００４３】ステップＳ１１では、距離を求めたい相手
の測位装置１’と通信を行い、ステップＳ１０で捕捉で
きた電波のうち、相手の測位装置１’で使用可能な電波
情報を入手する。相手の測位装置１’では、通信によっ
て得られた衛星の情報に基づき、測位装置１と同じ電波
が捕捉できるかどうかが調べられる。調べた結果は、測
位装置１’から測位装置１に対して送信される。

【００４４】若し、相手の測位装置１’で使用可能な電
波が無い、すなわち、測位装置１で捕捉できた、複数の
衛星からの電波が相手の測位装置１’で、何れも捕捉で
きないか、あるいは所定数の電波が捕捉できないとされ
たら、処理はステップＳ１２へ移行し、測位が行えない
ことがエラーメッセージとして、例えば表示部１５に対
して出力される。そして、一連の処理が終了される。

【００４５】一方、ステップＳ１１で、測位装置１およ
び１’で共有可能な電波が所定数だけあるとされれば、
処理はステップＳ１３に移行する。ステップＳ１３で
は、測位装置１の位置計算用電波選択部１２において、
測位計算に使用する電波が選択される。これは、例えば
測位装置１において最も受信状態が良かった電波から順
に選択される。これに限らず、例えば測位装置１’か
ら、電波の受信状態の情報を送信してもらい、この情報
と測位装置１における受信状態とから、使用する電波を
総合的に判断するようにもできる。

【００４６】測位装置１において、測位に使用する電波
が決定されたなら、その情報が相手の測位装置１’に対
して送信される（ステップＳ１４）。相手の測位装置
１’では、受信されたこの情報に基づき通信部の設定が
なされ、測位装置１と同じ組合せの衛星からの電波を受
信できる状態とされる。

【００４７】次のステップＳ１５では、選択された電波
による測位計算が行われる。すなわち、選択された電波
がアンテナ１０を介して通信部１１に供給され、復調さ
れる。復調され得られた測位情報が位置計算部１３に供
給される。位置計算部１３では、測位情報に含まれる、
該当する電波を送信した衛星の位置情報と、その電波を
送信した時刻情報と、測位装置１において取得される、
地点Ａでの現在の時刻情報とを用いて、上述の式（５）
を求めるための計算が行われる。

【００４８】一方、地点Ｂの測位装置１’でも、同様に
して衛星からの電波が受信され、上述の式（６）を求め
るための測位計算が行われる。測位計算結果は、測位装
置１に対して送信される。

【００４９】このように、測位装置１および１’とにお
いて、地点Ａおよび地点Ｂの測位計算がそれぞれ行われ
ると、処理はステップＳ１６に移行する。ステップＳ１
６では、測位装置１において、相手の測位装置１’から
送られた測位計算結果が受信される。受信された測位装
置１’による地点Ｂの測位計算結果は、受信機間距離計
算部１４に供給される。

【００５０】そして、次のステップＳ１７で、受信機間
距離計算部１４において上述の式（８）が計算され、地
点Ａおよび地点Ｂ間の距離が計算される。計算結果は、
表示部１５に表示される（ステップＳ１８）。

【００５１】なお、測位装置１は、例えば通信部１１な
らびに制御部１６の一部を常にアイドル状態にしてお
き、例えば同様の構成を有する別の測位装置１’からの
所定の通信を受信したときに、全体を起動するようにで
きる。こうすれば、一方の測位装置１’が無人であって
も、有人で操作される他方の測位装置１において、測位
装置１’と測位装置１との間の距離を計測することがで
きる。

【００５２】次に、この発明の応用例について説明す
る。図４は、この発明による測位を、登山に応用した例
である。すなわち、登山口Ｐ₁まで車両で行き、そこか
ら徒歩で登山を行う。登山口Ｐ₁の座標および高度は、
通常、地図に記載されている。したがって、登山口Ｐ₁
に駐車している車両に、この発明が適用された測位装
置、例えば上述の測位装置１’を１つ設置しておき、登
山者が上述の測位装置１を所持する。地点Ｐ₂にいる登
山者は、測位装置１を用いて車両からの相対距離を求め
ることで、現在位置の正確な座標や高度を知ることがで
きる。また、これにより、ミスコースの危険を減らし、
安全な登山を行うことができる。

【００５３】図５は、雪崩による遭難救助活動に、この
発明による測位を応用した例である。雪崩に巻き込まれ
た場合、救助の遅れは致命的である。現状では、ビーコ
ンなどを用いて発信源を特定する方法が多く用いられて
いる。しかしながら、この方法でも、雪に埋まった人間
を発見するためには、かなりの慣れと経験を必要とす
る。

【００５４】雪山などに赴く登山者がこの発明が適用さ
れた測位装置１’を携帯することで、例えば万一雪崩に
巻き込まれ地点Ｐ₂に登山者が埋まった場合、救助を行
う者Ｐ₁は、遭難した人間の距離と方位を高精度に求め
ることができる。方位は、例えば救助者Ｐ₁の移動に伴
う、救助者Ｐ₁と地点Ｐ₂との距離の変化を調べること
で、知ることができる。そのため、迅速な救助活動が行
える。同様の使用法で、雪崩に限らず、あらゆる種類の
救難救助活動にこの発明を効果的に応用することが可能
である。

【００５５】図６は、複数の車両Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃とで
編隊を組んで走行する際に、この発明による測位を応用
した例である。各車両Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃に、それぞれ測
位装置１を搭載する。例えば、車両Ｐ₂が前後の車両Ｐ
₁，Ｐ₃との相対距離をモニタすることで、車間距離の
警告、自動速度調整器などの機能を容易に実現すること
ができる。また、広い駐車場などでは、相手車両の停車
位置まで迷わずに到着できる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、複数の測位装置で同一の衛星の組を用いて測位を行
うため、衛星による誤差が互いに相殺される。そのた
め、２点間の相対距離を精度良く求められるという効果
がある。

【００５７】また、この発明によれば、複数の測位装置
の一つを、予め座標が分かっている地点に設置すること
で、高精度の測位を容易に実現できるという効果があ
る。

【００５８】さらに、この発明によれば、同様の測位装
置を備えた他の人，物，車両などを、迅速に発見できる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】３つの発信機からの電波を受信して、それぞれ
の発信機からの距離を計測して、位置Ｉの座標を２次元
的に算出する様子を概略的に示す略線図である。

【図２】実施の一形態における測位装置の構成の一例を
示すブロック図である。

【図３】実施の一形態における測位計算の一例のフロー
チャートである。

【図４】この発明による測位を登山に応用した例を示す
略線図である。

【図５】この発明による測位を雪崩による遭難救助活動
に応用した例を示す略線図である。

【図６】この発明による測位を複数の車両で編隊を組ん
で走行する際に応用した例を示す略線図である。

【図７】基地局による測位誤差の計測の方法を概略的に
示す略線図である。

【符号の説明】

１・・・測位装置、１０・・・アンテナ、１１・・・通
信部、１２・・・位置計算用電波選択部、１３・・・位
置計算部、１４・・・受信機間距離計算部、１５・・・
表示部、１６・・・制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】衛星から送信される測位情報を用いて自
身の位置を計測する測位システムにおいて、互いに同一の組合せによる複数の衛星から送信された測
位情報を用いて測位を行う複数の測位手段を有し、上記複数の測位手段による測位結果の差分を取ることで
上記複数の測位手段間の距離を求めるようにしたことを
特徴とする測位システム。
【請求項２】衛星から送信される測位情報を用いて自
身の位置を計測する測位装置において、他の測位装置と通信するための通信手段と、上記通信手段による上記他の測位装置との通信に基づ
き、複数の衛星から送信された測位情報を上記他の測位
装置と共通となるように選択し、該選択された測位情報
に基づき測位を行う測位手段と、上記測位手段によって得られた測位結果と、上記通信手
段の通信によって得られた他の測位装置の測位結果とに
基づき、上記他の測位装置との距離を求める距離算出手
段とからなることを特徴とする測位装置。
【請求項３】衛星から送信される測位情報を用いて自
身の位置を計測する測位方法において、互いに同一の組合せによる複数の衛星から送信された測
位情報を用いて測位を行うようにされた複数の測位手段
による測位結果の差分を取ることで上記複数の測位手段
間の距離を求めるようにしたことを特徴とする測位方
法。