JPWO2016181645A1 - 測位方法および端末 - Google Patents

Abstract

本開示の測位方法、端末は、複数の衛星（１３１、１３２）から受信する複数の測位信号（４０１、４０２）を用いた干渉測位によって、プロセッサが端末の位置を測位する。前記プロセッサは、前記複数の測位信号（４０１、４０２）に対する整数値バイアスの計算を行い、前記整数値バイアスの計算によって得られる、フロート解に基づいて位置候補の群を選択し、前記位置候補の群がライン状のエリア内に含まれることを条件として、前記端末が地図上の所定の地点に位置することを通知する。

Description

本開示は、測位方法および端末に関する。

特許文献１は、ＲＴＫ方式による測位点の正確な測位データと路線データベースからの路線データとに基づいて、当該測位点から軌道エリア内の線路中心までのほぼ直角方向の離隔距離を求める。これにより、その測位点が鉄道軌道エリアの線路外エリアの位置にあるか線路内エリアの位置にあるか、及び線路内位置でも注意域か危険域かを判定して、鉄道軌道エリアにいる作業員個々に位置及びその安全性についての正確な情報を与える。

特開２００６−２２４７３７号公報

本開示は、端末がライン内に存在するか否かに関しては十分な測位精度を保ちつつ、端末の測位速度を高めることを可能とする。

本開示の測位方法、端末は、複数の衛星から受信する複数の測位信号を用いた干渉測位によって、プロセッサが端末の位置を測位する。前記プロセッサは、前記複数の測位信号に対する整数値バイアスの計算を行い、前記整数値バイアスの計算によって得られる、フロート解に基づいて位置候補の群を選択し、前記位置候補の群がライン状のエリア内に含まれることを条件として、前記端末が地図上の所定の地点に位置することを通知する。

本開示における測位方法、端末は、端末がライン内に存在するか否かに関しては十分な測位精度を保ちつつ、端末の測位速度を高めるのに有効である。

図１は、実施の形態１における測位システムを表す図である。 図２は、実施の形態１における端末のブロック図である。 図３は、実施の形態１における測位処理を示すフローチャートである。 図４は、実施の形態１における位置候補群とライン状のエリアとの関係を説明する図である。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（実施の形態１）
以下、図１〜４を用いて、実施の形態１を説明する。

［１−１．構成］
図１は、実施の形態１における測位システムの概念図である。

測位システム１００は基準局１１０と端末１２０を有する。

基準局１１０は、地球上の座標が既知である通信局である。端末１２０は地球上の座標を求めたい箇所に存在する電子機器である。

本実施の形態において端末１２０は干渉測位と呼ばれる測位を行う。干渉測位とは衛星１３０から送信される測位信号の波長を基準として測位を行う方式である。

基準局１１０は端末１２０と通信する。基準局１１０が端末１２０との通信で行う内容は測位データの送受信を含む。測位データとは、干渉測位によって端末１２０の位置を測位するために必要な情報のひとつである。

測位システム１００は補正情報を用いて端末１２０の測位を行うことで端末１２０の地球上の座標を求める。

図２は、実施の形態１における端末のブロック図である。

基準局１１０はプロセッサ２０１と記憶部２０２と入力部２０３と出力部２０４と通信部２０５と受信装置２０６とバス２１０を有する。

プロセッサ２０１はバス２１０を介して基準局１１０の他の要素を制御する。一例として汎用ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を用いることで、プロセッサ２０１を構成することができる。また、プロセッサ２０１は所定のプログラムを実行することができる。プロセッサ２０１が所定のプログラムを実行することで端末１２０が動作する。

記憶部２０２は他の要素から様々な情報を取得し一時的、あるいは恒久的にその情報を保持する。記憶部２０２はいわゆる一次記憶装置と二次記憶装置の総称であり、記憶部２０２は物理的に複数配置されても良い。記憶部２０２の構成には例えばＤＲＡＭ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）が用いられる。

入力部２０３は外部からの情報を受け付ける。入力部２０３が受け付ける外部からの情報には基準局１１０の操作者からの入力に関する情報などが含まれる。一例としてキーボード等の入力インターフェースを用いることで入力部２０３を構成することができる。

出力部２０４は外部へ情報を提示する。出力部が提示する情報には測位に関する情報などが含まれる。一例としてディスプレイ等の既存の出力インターフェースを用いることで出力部２０４を構成することができる。

通信部２０５は通信路を介して外部の機器と通信を行う。通信部２０５が通信する機器には基準局１１０が含まれる。一例として超短波（３０ＭＨｚ〜０．３ＧＨｚ）を用いた無線通信網、無線ＬＡＮ通信網、３Ｇ通信網など既存の通信網と通信可能な通信インターフェースを用いることで通信部２０５を構成することができる。

受信装置２０６は、受信アンテナと復調機を有する。受信装置は測位衛星からの測位信号を受信する。本実施の形態では測位衛星の一例としてＧＰＳ衛星を用いる。ＧＰＳ衛星は測位信号としてＬ１信号（１５７５．４２ＭＨｚ）、Ｌ２信号（１２２７．６０ＭＨｚ）等を送信する。受信機は受信装置が受信した測位信号を復調する。

以上に挙げられた端末１２０の構成は一例である。端末１２０の各構成要素の一部を統合して構成することもできる。端末１２０の各構成要素の一部を複数の要素に分割して構成することもできる。端末１２０の各構成要素の一部を省略することもできる。端末１２０に他の要素を付加して構成することもできる。

［１−２．動作］
以上のように構成した端末が行う測位処理を説明する。

図３は実施の形態１における測位処理を示すフローチャートである。

ステップＳ３００において、端末１２０のプロセッサ２０１は測位処理を開始する。

ステップＳ３０１において、プロセッサ２０１は端末１２０の概算座標を算出する。概算座標は、受信装置２０６で受信した測位信号に基づいてプロセッサ２０１が算出する。測位信号に基づいて概算座標を算出する処理は一般的にコード（ｃｏｄｅ）測位として知られている。コード測位においては（１）測位信号の示すコード（０と１のパターン）と、（２）衛星がコードを送信した時刻、をプロセッサ２０１が解析することで概算座標を算出することが行われる。コード測位によって算出される概算座標には電離層の影響等による誤差が含まれる。

ステップＳ３０２において、プロセッサ２０１は端末１２０がライン判定地点にあるか否かを判断する。本実施の形態においては、端末１２０の利用者が、端末１２０が所定のライン状のエリア（例えば、線路、幹線道路、パイプラインなど）の上にあるか否かを知りたいという状況を仮定する。ライン判定地点とは、端末１２０が当該所定のライン状のエリアの上にあるか否かを判定する地点をいう。プロセッサ２０１に、端末１２０がライン状のエリアにあるか否かを判断する機能を実装するには様々な手法が考えられる。一例としては端末１２０の利用者が入力部２０３を介してプロセッサ２０１に対して明示的に、現在端末の存在する地点がライン判定地点であることを伝える手法がある。他の一例としては、記憶部２０２に予め地理データベースを登録しておき、ステップＳ３０１で得たコード測位の座標が、地理データベースにおける所定のエリアと合致したことをもって、プロセッサ２０１が現在端末の存在する地点がライン判定地点であることを決定する手法がある。

ステップＳ３０３において、プロセッサ２０１はライン方向を決定する。ライン方向とは所定のライン状のエリア（例えば、線路、幹線道路、パイプラインなど）の長軸方向をいう。プロセッサ２０１にライン方向を決定する機能を実装するには、様々な手法が考えられる。一例としては地磁気センサなどのセンサ類を端末１２０に装着して行う必要がある。センサ類によって端末１２０が向いている方向、あるいは進行している移動方向を特定し、当該方向をプロセッサ２０１に入力部２０３を介して伝えることで、当該方向に対する所定の角度（進行方向に対して垂直、など）をライン方向として定めることができる。他の一例としては、ステップＳ３０１で得たコード測位による概算座標の推移から端末１２０が向いている方向、あるいは進行している移動方向を特定し、当該方向に対する所定の角度（進行方向に対して垂直、など）をライン方向として定めることができる。

以上に述べたステップＳ３０２、ステップＳ３０３はプロセッサ２０１が地図上においてライン状のエリアを定めるための一方法である。つまり、他の手法によってプロセッサ２０１が地図上においてライン状のエリアを定めることができれば、当該手法をもってステップＳ３０２、ステップＳ３０３に替えることができる。例えば、記憶部２０２に予め地理データベースを登録しておき、当該地理データベース内に前もってライン状のエリアを定義することで、プロセッサ２０１は地図上においてライン状のエリアを定めることができる。

ステップＳ３０４においてプロセッサ２０１はＲＴＫ測位の演算処理（ＲＴＫ演算処理）を開始する。

ここで、ＲＴＫ演算処理について説明を行う。

ＲＴＫ演算処理は干渉測位の一つであるＲＴＫ法を実行する演算処理である。

ＲＴＫ法は測位衛星が送信する測位信号の搬送波位相積算値を用いて端末１２０の測位を行う。搬送波位相積算値とは衛星からある地点までの（１）測位信号の波の数と（２）位相との和である。搬送波位相積算値が求まれば、測位信号の周波数（および波長）が既知であるので、衛星からある地点までの距離を求めることができる。測位信号の波の数は未知数であるので整数値バイアスと呼ばれる。

ＲＴＫ法を実行するにあたって重要なことはノイズの除去と、整数値バイアスの推定である。

ＲＴＫ法においては二重差と呼ばれる差を演算することでノイズの除去を行う。二重差とは２つの衛星に対する１つの受信機の搬送波位相積算値の差（一重差）を２つの受信機（本実施の形態においては基準局１１０と端末１２０）の間でそれぞれ算出した値の差である。本実施の形態においてはＲＴＫ法を用いた測位のために４つの衛星を使用する。よって４つの衛星の組み合わせ分だけ二重差を演算することになる。プロセッサ２０１はこの演算を、予め通信部２０５を介して得た基準局１１０の測位データおよび端末１２０の測位データが用いて行う。

ここで、測位データについて説明を行う。本実施の形態において測位データには擬似距離情報と搬送波位相情報が含まれる。

擬似距離情報とは衛星と自身（基準局１１０および端末１２０を意味する）との擬似距離に関する情報である。擬似距離情報は測位信号をプロセッサ（基準局１１０のプロセッサあるいは端末１２０のプロセッサ２０１）が解析することで生成することができる。プロセッサは（１）測位信号が搬送したコードのパターンと自身が生成したコードのパターンとの相違（２）測位信号に含まれるメッセージ（ＮＡＶＤＡＴＡ）に含まれる衛星の信号生成時刻と自身の信号受信時刻、の２つに基づいて測位信号の到達時間を求めることができる。プロセッサは当該到達時間に光速を掛けることで衛星との距離を求めることができる。この距離には衛星のクロックと自身のクロックとの相違等に起因する誤差が含まれる。通常、この誤差を軽減させるために４つの衛星に対して擬似距離情報が生成される。

搬送波位相情報とは自身が受信した測位信号の位相である。測位信号（Ｌ１信号、Ｌ２信号等）は所定の正弦波である。搬送波位相情報は受信装置で受信した測位信号をプロセッサが解析することで生成することができる。

ＲＴＫ法においては整数値バイアスの推定を様々な方法で行うことができる。一例として本実施の形態では（１）最小二乗法によるフロート（ＦＬＯＡＴ）解の推定、および（２）フロート解に基づくフィックス（ＦＩＸ）解の検定という手順を実行することで整数値バイアスの推定を行う。

最小二乗法によるフロート解の推定は、時間単位毎に生成した二重差の組み合わせを用いて連立方程式を作成し、作成した連立方程式を最小二乗法によって解くことで実行される。連立方程式はエポックと呼ばれる時間単位毎に生成される。この演算においてはステ予め得た基準局１１０の測位データおよび端末１２０の測位データおよび基準局１１０の既知の座標が用いられる。このようにして求められた端末の座標の候補の群をフロート解と呼ぶ。

以上のようにして求められた各フロート解から推定される整数値バイアスは実数であるのに対して、整数値バイアスの真の値は整数である。よって、推定された整数値バイアスを丸めることで整数値にする作業が必要になる。しかし、推定された整数値バイアスを丸める組み合わせには複数通りの候補が考えられる。よって、どの候補が正しい整数値であるかを検定する必要がある。検定によって整数値バイアスとしてある程度確からしいとされた解に基づいて得られる座標をフィックス解と呼ぶ。なお、整数値の候補の絞込みを効率化するためにも基準局１１０の測位データが用いられる。

以上のように示した演算処理をプロセッサ２０１はＲＴＫ演算処理として行う。

ステップＳ３０５において、プロセッサ２０１はＲＴＫ演算処理においてフィックス解が算出されたか否かを判断する。

フィックス解が算出された場合（ステップＳ３０５でＹＥＳ）、当該フィックス解によって得られる端末１２０の座標はセンチメートル単位の精度をもつ。よってステップＳ３０６においてプロセッサ２０１は出力部２０４を介して端末１２０の位置を出力する。位置を出力する手法は様々なものが適用できる。一例としては、出力部２０４としてのディスプレイに地図を表示し、当該地図上に端末１２０の座標を表示することが考えられる。

実際のＲＴＫ演算処理において短期間にフィックス解が算出されることは稀である。しかし、整数値バイアスの算出過程で得られる、フィックス解の候補としてのフロート解はフィックス解に比べて短期間に算出されることがある。

本実施の形態においてはフィックス解が算出されない場合であっても（ステップＳ３０５でＮＯ）フロート解に基づいて得られる位置候補群が所定のライン状の範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ３０７）。

図４を用いてステップＳ３０７を説明する。

図４は実施の形態１における、位置候補群とライン状のエリアとの関係を説明する図である。

図４は上空から衛星１３１、衛星１３２および地表を見下ろした図である。

測位信号４０１、測位信号４０２は第１の衛星１３１、第２の衛星１３２から送信される測位信号を擬似的に表す。測位信号は所定の周波数（波長）を有している。したがって測位信号の所定の位相をプロットすると、当該位相は衛星から波紋状に広がるように見える。この波紋はＲＴＫ演算における位相成分を除去した場合の整数値バイアスとしてみる音もできる。図４において測位信号４０１、４０２は当該整数値バイアスを波紋として捉えた場合の様子を擬似的に表す。

解の候補群は測位信号４０１と測位信号４０２の重なる箇所である。ＲＴＫ演算は上述したように、複数の衛星について、何個目（＋位相）の箇所に自身がいるかを連立的に解く演算である。ＲＴＫ演算においてフィックス解が得られていない状態ということは、当該波の数が不定であることを指す。つまり、ＲＴＫ演算における解の候補は図４に示す解の候補群のように格子状に現れる。

プロセッサ２０１は上述したようにフィックス解が得られていなくても、フロート解を算出する。

フロート解はある特定の座標と、当該座標が真の端末の座標であることの尤度の組み合わせである。特定の座標の候補は複数存在し、その候補の中でも尤度の高いフロート解に基づいて、整数値バイアスを推定すると、複数の整数値バイアスの候補が得られる。

図４に示す位置候補群はフロート解に基づいて得られる位置候補であり、具体的にはフロート解から推定される整数値バイアスの群に基づいて測位される位置の群（位置候補群）である。

ステップＳ３０７において、プロセッサ２０１は位置候補群がステップＳ３０３等で定めたライン状のエリア内に含まれているか否かを判定する。

図４に示すように位置候補群がライン状のエリア内に収まっている場合（Ｓ３０７でＹＥＳ）、ライン内の短軸方向の精度は十分であるとして、プロセッサ２０１は使用者に少なくともライン状のエリア内にいることを出力部２０４を介して通知する（Ｓ３０８）。通知の一例としては「あなたはＡＡ道路の上り車線にいます」「あなたはＢＢ線路の上り路線にいます」あるいは単純に何らかのシグナルを点す、などが挙げられる。

位置候補群がライン状のエリア内に収まっていない場合（Ｓ３０７でＮＯ）、処理がステップＳ３０５に戻る。

［１−３．効果等］
以上のように本実施の形態において、本開示の測位方法、端末は、複数の衛星から受信する複数の測位信号を用いた干渉測位によって、プロセッサが端末の位置を測位する。前記プロセッサは、前記複数の測位信号に対する整数値バイアスの計算を行い、前記整数値バイアスの計算によって得られる、フロート解に基づいて位置候補の群を選択し、前記位置候補の群がライン状のエリア内に含まれることを条件として、前記端末が地図上の所定の地点に位置することを通知する。

これにより、未だ干渉測位の解が得られていない状況でも、所定の精度をもってライン状のエリア内に含まれるか否かについては判断が可能となる。よって、端末がライン内に存在するか否かに関しては十分な測位精度を保ちつつ、端末の測位速度を高めることができる。

また、前記プロセッサは、前記端末の位置の概算座標を算出し、算出された前記概算座標に基づいて前記ライン状のエリアを定義する。

これにより、概算座標をライン状のエリアの定義に活用することになる。よって、ライン状のエリアの全てを使用者が定義する必要が無くなる。よって、より高速に、端末がライン内に存在するか否かに関しては十分な測位精度を保ちつつ、端末の測位を行うことができる。

また、前記プロセッサは、前記端末の移動方向を算出し、算出された前記移動方向に基づいて前記ライン状のエリアを定義する。

これにより、ラインの方向等の定義について端末の移動方向を活用することになる。よって、ライン状のエリアの全てを使用者が定義する必要が無くなる。よって、より高速に、端末がライン内に存在するか否かに関しては十分な測位精度を保ちつつ、端末の測位を行うことができる。

また、前記プロセッサは、地理データベースから得られる情報により前記ライン状のエリアを定義する。

これにより、予め地理データベース上の具体的なライン状での判定を行いたい場合は、より高速に、端末がライン内に存在するか否かに関しては十分な測位精度を保ちつつ、端末の測位を行うことができる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態１で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、道路工事、線路工事などを行うに際して実施する測位などに適用可能である。

１００ 測位システム
１１０ 基準局
１２０ 端末
１３０ 衛星
１３１ 衛星
１３２ 衛星
２０１ プロセッサ
２０２ 記憶部
２０３ 入力部
２０４ 出力部
２０５ 通信部
２０６ 受信装置
２１０ バス
４０１ 測位信号
４０２ 測位信号

記憶部２０２は他の要素から様々な情報を取得し一時的、あるいは恒久的にその情報を保持する。記憶部２０２はいわゆる一次記憶装置と二次記憶装置の総称であり、記憶部２０２は物理的に複数配置されても良い。記憶部２０２の構成には例えばＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）が用いられる。

最小二乗法によるフロート解の推定は、時間単位毎に生成した二重差の組み合わせを用いて連立方程式を作成し、作成した連立方程式を最小二乗法によって解くことで実行される。連立方程式はエポックと呼ばれる時間単位毎に生成される。この演算においては上述したステップで予め得た基準局１１０の測位データおよび端末１２０の測位データおよび基準局１１０の既知の座標が用いられる。このようにして求められた端末の座標の候補の群をフロート解と呼ぶ。

Claims (8)

1. 複数の衛星から受信する複数の測位信号を用いた干渉測位によって、プロセッサが端末の位置を測位する測位方法であって、
   前記プロセッサは、
   前記複数の測位信号に対する整数値バイアスの計算を行い、
   前記整数値バイアスの計算によって得られる、フロート解に基づいて位置候補の群を選択し、
   前記位置候補の群がライン状のエリア内に含まれることを条件として、
   前記端末が地図上の所定の地点に位置することを通知する、
   測位方法。
2. 前記プロセッサは、
   前記端末の位置の概算座標を算出し、
   算出された前記概算座標に基づいて前記ライン状のエリアを定義する、
   請求項１に記載の測位方法。
3. 前記プロセッサは、
   前記端末の移動方向を算出し、
   算出された前記移動方向に基づいて前記ライン状のエリアを定義する、
   請求項１に記載の測位方法。
4. 前記プロセッサは、
   地理データベースから得られる情報により前記ライン状のエリアを定義する、
   請求項１に記載の測位方法。
5. プロセッサを有し、
   複数の衛星から受信する複数の測位信号を用いた干渉測位によって、自身の位置を測位する端末であって、
   前記プロセッサは、
   前記複数の測位信号に対する整数値バイアスの計算を行い、
   前記整数値バイアスの計算によって得られる、前記端末の位置に対する第１の位置候補の群から、真の前記端末の位置であることの尤度に基づいて第２の位置候補の群を選択し、前記第２の位置候補の群がライン状のエリア内に含まれることを条件として、
   前記端末が地図上の所定の地点に位置することを通知する、
   端末。
6. 前記プロセッサは、
   前記端末の位置の概算座標を算出し、
   算出された前記概算座標に基づいて前記ライン状のエリアを定義する、
   請求項５に記載の端末。
7. 前記プロセッサは、
   前記端末の移動方向を算出し、
   算出された前記移動方向に基づいて前記ライン状のエリアを定義する、
   請求項５に記載の端末。
8. 前記プロセッサは、
   地理データベースから得られる情報により前記ライン状のエリアを定義する、
   請求項５に記載の端末。