JPH11352205A - キャリアディファレンシャル測位装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 移動局の最新の現在位置を高い測位精度を保
ったまま且つ時間遅れなく出力する。 【解決手段】 移動局で、ＧＰＳ衛星からの電波の受信
によるキャリア位相データの単位時間における変化から
移動局の移動速度を求めるとともに、キャリアディファ
レンシャル測位を行って、求められた位置の時刻から現
在時刻までの間における移動局の移動量を推測し、これ
を測位結果に加えることによって現在時刻における移動
局の現在位置を出力する。

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衛星等の
測位用衛星から送信される電波を受信して、受信点の測
位を行う測位装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＧＰＳにおいては、単独測位では
得られないような高い測位精度が要求される場合には一
般に相対測位が行われ、特に測量のためにはキャリア位
相情報を利用したキャリアディファレンシャルＧＰＳ測
位が行われる。このような方式によればｃｍオーダーの
測位精度がリアルタイムで求められるため、種々の移動
体の高精度な測位に応用されている。

【０００３】たとえば測量船は所定の海域の水深を測量
する場合に、その所定海域を図５に示すように順次一定
間隔で走査するが、測量船の位置をキャリアディファレ
ンシャル測位しながら、所定のコースを走航するように
操船することになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが前記キャリア
位相情報を用いたキャリアディファレンシャル測位は、
基準局で、ＧＰＳ衛星からの電波の受信により、各衛星
ごとにキャリア位相データを求め、これをその求めた時
刻情報とともに送信（放送）し、移動局側でその基準局
からのデータを受信し、ＧＰＳ衛星からの電波の受信に
よりキャリア位相データを抽出し、２つの衛星を組とす
る複数組の衛星について二重位相差を求めることによっ
て、基準局に対する移動局の相対位置を求めるものであ
るため、測位を行うためのデータを抽出してから、最終
的に測位結果が求まるまでには相当の時間遅れが生じ
る。したがって、移動局が移動しながら測位を行う場合
には、測位結果として出力された位置と実際の移動局の
位置とは、ずれてしまう。

【０００５】通常、上記の遅れは約２秒であるので、常
に約２秒前の位置情報が出力されることになる。たとえ
ば移動体が５ノットで走航すれば、２秒間に約５ｍも進
むことになる。そのため、ｃｍオーダーの高精度な測位
結果であるにも拘らず、表示された測位結果を使って操
船作業を行うことは現実には非常に困難を伴う。たとえ
ば現在の自船位置として表示されている内容を見て操船
を行った場合に、舵取りが遅れ、その遅れに気づいて過
操舵を行ってしまい、結果的にハンチングが生じてしま
う。

【０００６】この発明の目的は、移動局の最新の現在位
置を測位精度を大きく低下させることなく出力するよう
にして、上述の問題を解消したキャリアディファレンシ
ャル測位用装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、基準局から
送信される、当該基準局での測位用衛星からの電波の受
信によるキャリア位相データを移動局で受信し、移動局
での測位用衛星からの電波の受信によるキャリア位相デ
ータを求め、同時刻における基準局と移動局とでの前記
キャリア位相データから、移動局の位置をキャリアディ
ファレンシャル測位する手段を備えたキャリアディファ
レンシャル測位用装置において、前記移動局での測位用
衛星からの電波の受信により移動局の移動速度を求め、
当該移動速度と、前記キャリアディファレンシャル測位
により求められた位置に移動局が存在した時刻から現在
時刻までの経過時間とから、当該経過時間における移動
局の移動量を求め、当該移動量を前記キャリアディファ
レンシャル測位により求められた移動局の位置情報に加
えて出力する手段を設ける。

【０００８】上記の構成例をデータフロー図として図６
に示す。同図において、枠で囲んだ部分が新規な部分で
あり、本願発明の特徴とするところである。図６におい
て、「最新移動局データ」は、移動局がＧＰＳ衛星から
の電波の受信により求めた最新のキャリア位相のデータ
であり、現在時刻から０．５秒前のデータである。「最
新基準局データ」は基準局がＧＰＳ衛星からの電波の受
信により求めたキャリア位相のデータを、移動局が基準
局から受信して得たデータである。このキャリア位相デ
ータは現在時刻から１．５秒前のデータである。この
１．５秒前の基準局におけるキャリア位相データと１．
５秒前の移動局におけるキャリア位相データとを用いて
キャリアディファレンシャル測位を行う。一方、移動局
における前回（１．５秒前）のキャリア位相データと今
回（０．５秒前）のキャリア位相データから、移動局の
移動量を求め、外挿により１．５秒前から現在までの移
動量を求め、これを上記キャリアディファレンシャル測
位により求めた位置に加えて出力することによって、現
在時刻における移動局の位置を正にリアルタイムに出力
する。出力の形態としては、表示装置への数値やグラフ
ィックによる位置の表示、その他のデータ処理装置への
位置情報のデータ出力等である。

【０００９】なお、キャリアディファレンシャル測位に
より求められた位置はｃｍオーダーの精度を有し、移動
局が等速運動をしている（一定速度で直進している）場
合には上記経過時間における移動局の移動量もやはりｃ
ｍオーダーで求められるので、現在位置も極めて高精度
に求められることになる。仮に、キャリアディファレン
シャル測位が行われてから現在時刻までの間に移動局の
移動速度が変化した場合、すなわち加減速した場合や回
頭等をした場合、にはその経過時間における移動局の移
動量の予測が実際とは異なることになるが、その時間は
せいぜい２秒程度であり予測が大きくずれることはな
い。したがって前記の求めた移動量をキャリアディファ
レンシャル測位により求められた位置情報に加える方
が、より現実の現在位置に近い情報を出力できることに
なる。

【００１０】またこの発明は、前記移動局の移動速度は
移動局での測位用衛星からの電波の受信によるキャリア
位相データの単位時間における変化から求める。キャリ
ア位相データは単位時間におけるキャリアのサイクル数
を積算して求めることができるので、前回求めたキャリ
ア位相データと今回求めたキャリア位相データとの変化
から単位時間での平均的な移動局の移動速度が求められ
る。そのため、瞬間的な移動速度の変化に影響を受け
ず、移動量の推定精度を高めることができる。

【００１１】また、この発明は、前記キャリアディファ
レンシャル測位により求めた単位時間当たりの移動局の
移動量と、当該キャリアディファレンシャル測位を行っ
た時間において移動局単独で求めた移動局の移動量との
差を、移動局単独で求めた場合の移動局の移動速度の測
定誤差として求め、この測定誤差分だけ前記経過時間に
おける移動局の移動量を補正する。

【００１２】これにより、移動局単独で求める移動局の
移動速度の測定精度が高まり、現在位置情報の精度を低
下させることなく出力することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は基準局と移動局の構成を示
すブロック図である。同図において（Ａ）は基準局の構
成を示すブロック図、（Ｂ）は移動局の構成を示すブロ
ック図である。図１において、１１，２１はＧＰＳアン
テナである。Ｌ１帯増幅回路１２，２２はアンテナ１
１，２１からの受信信号を増幅し、ミキサー回路１４，
２４はこの信号と局部発信回路１３，２３による信号と
をミキシングして中間周波信号に変換する。中間周波増
幅回路１５，２５はこれを増幅し、サンプラ１６，２６
はこれを所定周期でサンプリングし、Ａ／Ｄコンバータ
１７，２７はその値をディジタルデータに変換する。Ｃ
ＰＵ３１，４１はＲＯＭ３２，４２にあらかじめ書き込
んだプログラムを実行する。ＲＡＭ３３，４３はそのプ
ログラムの実行に際してワーキングエリアとして用い
る。ＣＰＵ３１，４１はＡ／Ｄコンバータ１７，２７に
より変換されたディジタルデータから各衛星のキャリア
位相のデータを求める。この「キャリア位相」は実際に
はＧＰＳ衛星から送信された電波の搬送波周波数の位相
ではなく、中間周波信号に周波数変換された信号から検
出するが、中間周波信号の位相情報は、ＧＰＳ衛星と受
信点との距離に関する情報をそのまま保存しているの
で、ＧＰＳ衛星から送信された電波の搬送波周波数の位
相を検出していることに等しい。また、キャリア位相の
データはたとえば中間周波信号の波数を積算カウント
し、一定時間間隔（エポック）でその積算値を読み出す
ことによって、求める。

【００１４】図１において２８はデータ送信アンテナで
あり、ＣＰＵ４１はインタフェース３０を介してデータ
送信機２９で各衛星の各時刻におけるキャリア位相デー
タを送信する。また、１８はデータ受信アンテナであ
り、ＣＰＵ３１はインタフェース２０を介してデータ受
信機１９で基準局から送信される各衛星の各時刻におけ
るキャリア位相データを受信する。

【００１５】ＣＰＵ３１は、最終的に求めた移動局の現
在位置をインタフェース３４を介して出力し、表示器３
５に表示する。

【００１６】図２は基準局における処理手順を示すフロ
ーチャートである。基準局では、視野内の各ＧＰＳ衛星
からの電波を受信するとともに、そのキャリア位相を求
める。そして、そのキャリア位相を求めた時刻を表すデ
ータとともに、各衛星についてのキャリア位相データを
送信（放送）する。この処理を一定周期（この例では毎
秒）繰り返し行う。

【００１７】図３および図４は移動局における処理手順
を示すフローチャートである。これらの各処理は毎秒繰
り返し実行する。

【００１８】図３に示す「基準局からのデータ受信処
理」では、基準局から送信された各衛星についてのキャ
リア位相データを受信し、これを格納する。この処理は
基準局からデータが送信されるタイミングに合わせて繰
り返し実行する。

【００１９】図３の「キャリア位相データ生成と移動量
算出処理」では、まず各衛星についてキャリア位相を観
測し、キャリア位相データを生成する。そして、前回
（１．５秒前）のキャリア位相データと衛星の位置、最
新（０．５秒前）のキャリア位相データと衛星の位置か
ら、その１秒間の移動局の移動量を移動局単独で求め
る。前述したとおり、キャリア位相データは中間周波信
号の波数を積算カウントし、一定時間間隔（エポック）
でその積算値を読み出すことによって求めるものである
ため、１秒間での積算値の変化と衛星の位置とから移動
局の移動量（移動速度）を求めることができる。この１
秒間の移動量（移動速度）は後述する移動局移動速度の
測定誤差を求める際に用いる。

【００２０】図４に示す「キャリアディファレンシャル
測位処理」では、前回（１．５秒前）の各衛星のキャリ
ア位相データを読み出し、基準局で求められた同時刻の
各衛星のキャリア位相データを読み出し、これらを基に
キャリアディファレンシャル測位演算を行う。このキャ
リアディファレンシャル測位では、基準局側で求めたキ
ャリア位相データと移動局側で求めたキャリア位相デー
タとによって２つの衛星を組とする二重位相差を求め、
複数組の二重位相差によって基準局に対する移動局の相
対位置を求める。この時に得られる測位精度はｃｍのオ
ーダーである。

【００２１】図４の「誤差抽出処理」では、まず前回求
めたキャリアディファレンシャル測位による移動局の位
置と、今回求めたキャリアディファレンシャル測位によ
る移動局の位置との差を１秒間の移動量（移動速度）と
して求める。また、その時間において移動局単独で求め
た移動局の移動量（移動速度）と上記キャリアディファ
レンシャル測位による１秒間の移動量（移動速度）との
差を、移動局単独で求めた場合の移動局移動速度の測定
誤差として求める。移動局単独で求めた移動局の移動量
（移動速度）には、各衛星の位置情報の誤差や電離層に
よる影響が含まれているが、前者のキャリアディファレ
ンシャル測位により求めた移動量については、二重位相
差をとることによりそれらの誤差要因はキャンセルされ
ている。したがって、両者の差分が、移動局単独で求め
た場合の１秒間における移動量（移動速度）の測定誤差
として扱うことができる。

【００２２】図４の「現在位置出力処理」では、まず
１．５秒前から現在までの移動量を求める。これは、既
に求めている１．５秒前から０．５秒前までの１秒間の
移動量（移動速度）に対して前記測定誤差分の補正を行
い、この補正後の移動速度で移動局が１．５秒前から現
在まで移動しているものと見なして、その１．５秒間の
移動量 (推測移動量）を求める。その後、（１．５秒
前）のディファレンシャル測位の結果に上記推測移動量
を加算して現在位置として求め、最終的にそのデータを
出力する。

【００２３】この位置を表示する際、緯度，経度やその
他の座標系による数値表示を行うか、海図上に航跡とし
てグラフィック表示する。また、たとえば航跡表示装置
等の他のデータ処理装置へ移動局の現在位置データとし
て出力する。このことによって、そのデータ処理装置は
移動局の最新の現在位置データを用いた処理を行うこと
が可能となる。

【００２４】なお、上述の説明では、キャリア位相デー
タの変化量をその単位時間当たりの移動局の移動速度と
して扱ったが、キャリアのドップラ周波数を検出してそ
れに基づいて移動局の移動速度を求め、所定時間での移
動局の移動量を算出するようにしてもよい。

【００２５】

【発明の効果】この発明のキャリアディファレンシャル
測位用装置によれば、現在時刻における移動局の位置が
正にリアルタイムに出力されることになる。そのため、
たとえば船舶を予め定められた正確なコースに沿って走
航する際にハンチング等を生じることがなく、その操船
が極めて容易となり、所定コースに沿って精度良く走航
させることが可能となる。

【００２６】また、キャリア位相データを単位時間にお
けるキャリアのサイクル数を積算して求めることによっ
て、前回求めたキャリア位相データと今回求めたキャリ
ア位相データとの変化から単位時間での平均的な移動局
の移動速度が求められ、瞬間的な移動速度の変化に影響
を受けずに移動量の推定精度を高めることができる。

【００２７】また、キャリアディファレンシャルＧＰＳ
測位により求めた単位時間当たりの移動局の移動量と、
移動局単独で求めた単位時間当たりの移動量との差を、
移動局単独で求めた場合の移動局移動速度の測定誤差と
して求め、この測定誤差分の補正を行った移動局の移動
速度と経過時間とによって、その経過時間における移動
局の移動量をより高精度に求めることができる。そのた
め、現在位置情報の精度を低下させることなく出力する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態に係るキャリアディファレ
ンシャルＧＰＳ測位装置の基準局側の構成および移動局
側の構成を示すブロック図

【図２】基準局での処理手順を示すフローチャート

【図３】移動局側での処理手順を示すフローチャート

【図４】移動局側での処理手順を示すフローチャート

【図５】所定海域の測量を行う際の走航経路の例を示す
図

【図６】この発明の構成例をデータフローとして表した
図

【符号の説明】

１１，２１−ＧＰＳアンテナ １８−データ受信用アンテナ ２８−データ送信用アンテナ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準局から送信される、当該基準局での
   測位用衛星からの電波の受信によるキャリア位相データ
   を移動局で受信し、移動局での測位用衛星からの電波の
   受信によるキャリア位相データを求め、同時刻における
   基準局と移動局とでの前記キャリア位相データから、移
   動局の位置をキャリアディファレンシャル測位する手段
   を備えたキャリアディファレンシャル測位用装置におい
   て、 前記移動局での測位用衛星からの電波の受信により移動
   局の移動速度を求め、当該移動速度と、前記キャリアデ
   ィファレンシャル測位により求められた位置に移動局が
   存在した時刻から現在時刻までの経過時間とから、当該
   経過時間における移動局の移動量を求め、当該移動量を
   前記キャリアディファレンシャル測位により求められた
   移動局の位置情報に加えて出力する手段を設けたことを
   特徴とするキャリアディファレンシャル測位用装置。
2. 【請求項２】 前記移動局の移動速度は、単位時間毎の
   当該移動局での測位用衛星からの電波の受信によるキャ
   リア位相データと測位用衛星の位置とから求めるもので
   ある請求項１に記載のキャリアディファレンシャル測位
   用装置。
3. 【請求項３】 前記キャリアディファレンシャル測位に
   より求めた単位時間当たりの移動局の移動量と、当該キ
   ャリアディファレンシャル測位を行った時間における移
   動局単独で求めた移動局の移動量との差を、移動局単独
   での移動局の移動速度の測定誤差として求め、前記経過
   時間における移動局の移動量に対して前記測定誤差分の
   補正を行う手段を設けた請求項１に記載のキャリアディ
   ファレンシャル測位用装置。