JPWO2018198641A1 - 測位装置、測位システム、測位方法、および、測位プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】整数値バイアスの決定を高速に行う。【解決手段】測位装置は、フロート解演算部６１、および、整数値バイアス決定部６２を備える。フロート解演算部６１は、第１局の１以上のアンテナで得られる搬送波位相と、第２局の複数のアンテナでそれぞれに得られる搬送波位相との搬送波位相差を用いて、第２局の姿勢角を用いることなく、第２局の特定位置のフロート解を演算する。整数値バイアス決定部６２は、特定位置のフロート解と、第２局の姿勢角とを用いて、搬送波位相差の整数値バイアスを決定する。【選択図】 図１

Description

本発明は、測位信号の搬送波位相を用いて測位を行う測位装置、測位システム、測位方法、および、測位プログラムに関する。

従来、相対測位は、高精度な測位方法として利用されている。相対測位は、複数のアンテナでそれぞれに受信した測位信号の搬送波位相差を用いて測位を行う。このような相対測位の一種として、ＲＴＫ（リアルタイム・キネマティック）が実用化されている。

一般的には、ＲＴＫでは、基地局と移動局でそれぞれにアンテナは１個であるが、特許文献１および特許文献２には、ＲＴＫにおいて、複数のアンテナを用いることが記載されている。

特許文献１、２の相対測位装置は、基準局に少なくとも２個以上のアンテナ（基準局アンテナ）を配置し、移動局に少なくとも３個以上のアンテナ（移動局アンテナ）を配置している。特許文献１、２の相対測位装置は、各基準局アンテナに対する各移動局アンテナの位置を用いて、特定の移動局アンテナの位置または移動局の位置を測位している。

米国特許第８１２０５２７号明細書 米国特許第９０３５８２６号明細書

しかしながら、特許文献１、２に記載された複数の基準局アンテナおよび複数の移動局アンテナを用いる方法では、搬送波位相差による相対測位演算に必須の初期の整数値バイアスの決定に時間が掛かってしまうことがある。初期の整数値バイアスの決定に時間が掛かると、測位に時間が掛かってしまう。

したがって、本発明の目的は、整数値バイアスの決定を高速に行うことである。

本発明の測位装置は、フロート解演算部、姿勢情報取得部、および、整数値バイアス決定部を備える。フロート解演算部は、第１局の複数のアンテナで得られる搬送波位相と、第１局とは別に設けられた第２局の１以上のアンテナで得られる搬送波位相と、の搬送波位相差を用いて、第１局の姿勢情報を用いることなく、第２局に対する相対位置である特定位置のフロート解を算出する。姿勢情報取得部は、第１局の姿勢情報を取得する。整数値バイアス決定部は、特定位置のフロート解と、第１局の姿勢情報とを用いて、搬送波位相の整数値バイアスを決定する。

また、本発明の測位装置は、フロート解演算部、姿勢情報取得部、および、整数値バイアス決定部を備える。フロート解演算部は、第１局の複数のアンテナで得られる搬送波位相を用いて、第１局の姿勢情報を用いることなく、第１局の絶対位置である特定位置のフロート解を算出する。姿勢情報取得部は、第１局の姿勢情報を取得する。整数値バイアス決定部は、特定位置のフロート解と、第１局の姿勢情報とを用いて、搬送波位相の整数値バイアスを決定する。

これらの構成では、第１局の複数のアンテナの相対位置関係、すなわち、第１局の姿勢角が分からない状態であっても、フロート解が算出される。ここで、フロート解の算出において、搬送波位相差が整数であるという特性は必要が無い。したがって、相対位置関係が分からなくても、より収束したフロート解は得られる。

この発明によれば、初期の整数値バイアスを高速に決定でき、搬送波位相差を用いた相対測位を高速化できる。

（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る相対測位装置の機能ブロック図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す演算部の機能ブロック図である。 （Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る相対測位装置を含む相対測位システムにおける複数のアンテナと複数の測位衛星との位置関係の一例を示す図であり、（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る相対測位装置を含む相対測位システムにおける基線ベクトルを示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る相対測位の処理を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る相対測位における整数値バイアスの決定処理を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る相対測位におけるフロート解の算出処理を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る相対測位における整数値バイアスの決定処理を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る整数値バイアスの決定処理のさらに具体的な処理を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る相対測位の処理を示すフローチャートである。 （Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る相対測位装置の第１態様の機能ブロック図であり、（Ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る相対測位装置の第２態様の機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る相対測位システムにおけるアンテナの配置に対する他の態様例を示す図である。 （Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る相対測位装置の機能ブロック図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す演算部の機能ブロック図である。

本発明の第１の実施形態に係る相対測位装置、相対測位システム、相対測位方法、および、相対測位プログラムについて、図を参照して説明する。図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る相対測位装置の機能ブロック図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す演算部の機能ブロック図である。図２（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る相対測位装置を含む相対測位システムにおける複数のアンテナと複数の測位衛星との位置関係の一例を示す図である。なお、図２（Ａ）では、測位衛星ＳＶ２に対する搬送波位相を示す点線は、図示を省略している。図２（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る相対測位装置を含む相対測位システムにおける基線ベクトルを示す図である。

図１（Ａ）に示すように、測位装置１０は、測位用のアンテナ２１、２２、受信部３１、３２、無線通信用のアンテナ４０、通信部４１、観測値生成部５０、および、演算部６０を備える。図１（Ｂ）に示すように、演算部６０は、フロート解演算部６１、整数値バイアス決定部６２、および、相対測位演算部６３を備える。受信部３１、３２、通信部４１、観測値生成部５０、および、演算部６０は、それぞれ個別のハードウェアと、当該ハードウェアによって実行される各部の処理プログラムとによって実現されている。

測位装置１０は、相対測位システムの移動局として用いられる。当該相対測位システムは、移動局とは別に基地局を備える。移動局が本発明の「第１局」であり、基地局が本発明の「第２局」である。そして、相対測位システムには、例えば、ＲＴＫ（リアルタイム・キネマティック）方式が採用され、測位装置１０は、このＲＴＫ方式を用いて、相対測位を実行する。

図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、測位用のアンテナ２１、２２は、所定の位置関係で配置されている。測位用のアンテナ２１は、測位衛星ＳＶ１、ＳＶ２からの測位信号を受波し、受信部３１に出力する。測位用のアンテナ２２は、測位衛星ＳＶ１、ＳＶ２からの測位信号を受信し、受信部３２に出力する。測位用のアンテナ２１、２２は、測位衛星ＳＶ１、ＳＶ２を含む複数の測位衛星からの測位信号を受信している。この際、測位用のアンテナ２１、２２は、少なくとも４個の共通の測位衛星からの測位信号を受信していればよい。なお、基地局には、測位用のアンテナ９０が備えられている。基地局の測位用のアンテナ９０も、測位用のアンテナ２１、２２と共通で、少なくとも４個の測位衛星からの測位信号を受信している。

受信部３１は、アンテナ２１で受信した複数の測位信号の搬送波位相をそれぞれに検出し、観測値生成部５０に出力する。この際、受信部３１は、アンテナ２１で受信した複数の測位信号のそれぞれのコード擬似距離を検出し、搬送波位相とともに出力する。さらに、受信部３１は、これらのコード擬似距離を用いて算出された単独測位結果（位置座標）を、搬送波位相とともに出力する。なお、受信部３１は、コード擬似距離の検出と単独測位結果の算出のいずれか一方を出力してもよい。

受信部３２は、アンテナ２２で受信した複数の測位信号の搬送波位相をそれぞれに検出し、観測値生成部５０に出力する。この際、受信部３２は、アンテナ２２で受信した複数の測位信号のそれぞれのコード擬似距離を検出し、搬送波位相とともに出力する。さらに、受信部３２は、これらのコード擬似距離を用いて算出された単独測位結果（位置座標）を、搬送波位相とともに出力する。なお、受信部３２は、コード擬似距離の検出と単独測位結果の算出のいずれか一方を出力してもよい。

無線通信用のアンテナ４０は、基地局からの測位用データ信号を受信する。測位用データ信号には、基地局のアンテナ９０における搬送波位相および位置座標が含まれている。なお、基地局が移動可能な局であれば、位置座標は、基地局における単独測位結果を用いればよい。

通信部４１は、無線通信用のアンテナ４０で受信した測位用データ信号を復調して、基地局のアンテナ９０における搬送波位相および位置座標を、観測値生成部５０に出力する。

観測値生成部５０は、測位情報算出部５１と姿勢情報取得部５２とを備える。

測位情報算出部５１は、アンテナ２１の搬送波位相と、アンテナ９０の搬送波位相とを用いて、測位衛星の組毎に、アンテナ２１とアンテナ３０との組に対応する二重位相差を算出する。すなわち、測位情報算出部５１は、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示す、アンテナ９０の中心点９００を始点としてアンテナ２１を終点とする基線ベクトルｂｂ０１に対応する二重位相差を算出する。また、測位情報算出部５１は、アンテナ２２の搬送波位相と、アンテナ９０の搬送波位相とを用いて、測位衛星の組毎に、アンテナ２２とアンテナ３０との組に対応する二重位相差を算出する。すなわち、測位情報算出部５１は、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示す、アンテナ９０の中心点９００を始点としてアンテナ２２を終点とする基線ベクトルｂｂ０２に対応する二重位相差を算出する。測位情報算出部５１は、これらの二重位相差を、演算部６０に出力する。

また、姿勢情報取得部５２は、アンテナ２１、２２の搬送波位相差を用いて、アンテナ２１とアンテナ２２との相対位置関係すなわち姿勢角を、既知の方法を用いて算出する。姿勢情報取得部５２は、姿勢角を演算部６０に出力する。

ここで、姿勢角の算出は、演算が二重位相差の算出よりも複雑であり、二重位相差の算出と比較して、時間が係る。したがって、あるタイミングの搬送波位相から姿勢角を算出して出力するタイミングは、同タイミングの搬送波位相から二重位相差を算出して出力するタイミングよりも遅くなる。

観測値生成部５０は、二重位相差と姿勢角のそれぞれに対して、元となる搬送波位相の受信タイミングが分かる情報を関連付けして、演算部６０に出力する。また、観測値生成部５０は、この元となる搬送波位相の受信タイミングが分かる情報に関連付けして、上記のアンテナ２１の単独測位結果およびアンテナ２２の単独測位結果を、演算部６０に出力する。

演算部６０は、アンテナ２１とアンテナ９０とに対する二重位相差、アンテナ２２とアンテナ９０とに対する二重位相差、アンテナ２１、２２の単独測位結果、および、アンテナ２１とアンテナ２２との姿勢角を用いて、アンテナ装置２０の特定位置２００に対しうる相対測位演算を実行する。特定位置２００とは、アンテナ装置２０を平面視して、アンテナ２１の位置とアンテナ２２の位置との中点位置である。なお、特定位置２００は、これに限らず、アンテナ装置２０における、アンテナ２１の位置のアンテナ２２の位置との加重平均によって算出可能な位置であればよい。

より具体的には、図１（Ｂ）に示すように、演算部６０のフロート解演算部６１は、アンテナ２１とアンテナ９０とに対する二重位相差、アンテナ２２とアンテナ９０とに対する搬送波位相の二重位相差、および、アンテナ２１、２２の単独測位結果を用いて、特定位置２００の位置座標および整数値バイアスのフロート解を算出する。

アンテナ９０とアンテナ２１とに対する二重位相差を、∇ΔΦ９１とし、アンテナ９０とアンテナ２２とに対する二重位相差を、∇ΔΦ９２とする。また、単独測位によるアンテナ２１の位置をｂ１とし、単独測位によるアンテナ２２の位置をｂ２とする。なお、この位置ｂ１、ｂ２は、それぞれにアンテナ９０の中心点９００を基準点とした相対位置である。また、方向余弦差行列をΔＨとする。方向余弦差行列ΔＨは、単独測位によるアンテナ２１，２２の位置、アンテナ９０の位置、および、測位衛星ＳＶ１、ＳＶ２の位置によって既知の方法で算出される。なお、アンテナ２１に対する方向余弦差行列とアンテナ２２に対する方向余弦差行列は、アンテナ９０とアンテナ２１、２２との距離が、アンテナ９０およびアンテナ２１、２２と測位衛星ＳＶ１、ＳＶ２との距離と比較して十分に短いので、同じ行列で設定可能である。

この場合、アンテナ９０とアンテナ２１とを結ぶ基線ベクトルｂｂ０１に対して、以下の関係式が成り立つ。

∇ΔΦ９１＝ΔＨ・ｂ１＋λ・∇ΔＮ１ −（式１）
（式１）において、λは搬送波の波長であり、∇ΔＮ１は、基線ベクトルｂｂ０１に対する整数値バイアス、すなわち、アンテナ９０とアンテナ２１との組に対する整数値バイアスである。

同様に、アンテナ９０とアンテナ２２とを結ぶ基線ベクトルｂｂ０２に対して、以下の関係式が成り立つ。

∇ΔΦ９２＝ΔＨ・ｂ２＋λ・∇ΔＮ２ −（式２）
（式２）のにおいて、λは搬送波の波長であり、∇ΔＮ２は、基線ベクトルｂｂ０２に対する整数値バイアス、すなわち、アンテナ９０とアンテナ２２との組に対する整数値バイアスである。

ここで、上述のように、アンテナ装置２０の特定位置２００は、アンテナ２１の位置とアンテナ２２の位置の中点である。したがって、アンテナ９０の中心点９００を基準にした特定位置２００の位置ｂ０は、次式で定義される。

ｂ０≡（ｂ１＋ｂ２）／２ −（式３）
また、アンテナ９０の中心点９００とアンテナ装置２０の特定位置２００とを結ぶ基線ベクトルｂｂ０に対する整数値バイアスａ０は、次式で定義される。

ａ０≡（∇ΔＮ１＋∇ΔＮ２）／２ −（式４）
したがって、（式１）、（式２）、（式３）、（式４）から、次式が成り立つ。

（∇ΔΦ９１＋∇ΔΦ９２）／２＝ΔＨ・ｂ０＋ａ０ −（式５）
この式にカルマンフィルタを適用することによって、特定位置２００の位置ｂ０のフロート解、および、整数値バイアスａ０のフロート解が推定算出される。なお、推定手法は、カルマンフィルタに限るものではなく、他の推定手法を用いてもよい。

ここで、整数値バイアスａ０のフロート解は、整数であるという制限を受けない。したがって、アンテナ２１とアンテナ２２との相対位置関係、すなわち、姿勢角が分かっていなくても、各フロート解（特定位置２００の位置ｂ０のフロート解、および、整数値バイアスａ０のフロート解）を、より確実且つ正確な値に収束させることができる。そして、姿勢角を必要としないので、フロート解の推定算出が高速になる。

演算部６０の整数値バイアス決定部６２は、姿勢情報取得部５２からの姿勢角と、上述のフロート解ｂ０と、各二重位相差∇ΔΦ９１、∇ΔΦ９２と、を用いて、整数値バイアス∇ΔＮ１、∇ΔＮ２とを決定する。

ボディ座標系におけるアンテナ２１を基準としたアンテナ２２の相対位置をΔＬｂとし、航法座標系におけるアンテナ２１を基準としたアンテナ２２の相対位置をΔＬｎとする。また、ボディ座標系から航法座標系への座標変換行列をＣｎｂとする。

この場合、次式が成り立つ。

ΔＬｎ＝Ｃｎｂ・ΔＬｂ −（式６）
（式１）、（式６）より、次式が成り立つ。

∇ΔΦ９１＝ΔＨ・（ｂ０−ΔＬｎ／２）＋λ・∇ΔＮ１ −（式７）
∇ΔＮ１は、アンテナ９０とアンテナ２１との組に対する整数バイアスである。

（式７）を変形すると、（式８）となる。

∇ΔΦ９１＋ΔＨ・ΔＬｎ／２＝ΔＨ・ｂ０＋λ・∇ΔＮ１ −（式８）
また、（式２）、（式６）より、次式が成り立つ。

∇ΔΦ９２＝ΔＨ・（ｂ０＋ΔＬｎ／２）＋λ・∇ΔＮ２ −（式９）
∇ΔＮ２は、アンテナ９０とアンテナ２２との組に対する整数バイアスである。

（式９）を変形すると、（式１０）となる。

∇ΔΦ９２−ΔＨ・ΔＬｎ／２＝ΔＨ・ｂ０＋λ・∇ΔＮ２ −（式１０）
演算部６０の整数値バイアス決定部６２は、（式８）、（式１０）に対してＬＡＭＢＤＡ法を用いて、既知の方法によって、整数値バイアス∇ΔＮ１、∇ΔＮ２を決定する。すなわち、演算部６０の整数値バイアス決定部６２は、整数値バイアス∇ΔＮ１、∇ΔＮ２のフィックス解を算出する。なお、演算部６０の整数値バイアス決定部６２は、上述（式６）では姿勢角を取得することでボディ座標系の相対位置ΔＬｂから航法座標系の相対位置ΔＬｎを計算しているが、姿勢角を用いずに、搬送波位相差から得られる航法座標系の相対位置ΔＬｎを用いてもよい。

そして、演算部６０の相対測位演算部６３は、この整数値バイアス∇ΔＮ１、∇ΔＮ２と、上記姿勢角に基づくアンテナ２１、２２と特定位置２００との上述の相対位置関係を用いて、特定位置２００のフィックス解を算出する。

このように、本実施形態の構成および処理を用いることによって、整数値バイアスの決定を高速化でき、整数値バイアスを確実且つ正確に決定できる。特に、本実施形態の構成では、整数値バイアスの決定が必要な測位位置がアンテナの位置と異なっていても、整数値バイアスの決定を高速化でき、整数値バイアスを確実且つ正確に決定できる。すなわち、従来の場合、フロート解の算出にも、整数値バイアスが整数であるという制限が必要であった。この場合、フロート解の算出前に姿勢角を算出しなければならず、演算に時間のかかる姿勢角の算出を待つ分、フロート解の算出時間が遅くなり、ひいては整数値バイアスの決定時間が遅くなった。しかしながら、本実施形態の構成および処理では、フロート解の算出時に姿勢角が分かっていなくても、フロート解を算出でき、フロート解の算出、および、整数値バイアスの決定を高速化できる。

なお、上述の説明では、整数値バイアスの決定および相対測位演算の各処理を、それぞれ個別の機能部で実行する態様を示した。しかしながら、上述の整数値バイアスの決定および相対測位演算の各処理をプログラム化して記憶しておき、演算処理装置で当該プログラムを読み出して実行してもよい。この場合は、演算処理装置は、二重位相差が入力される毎に、次の各フローに示す処理を実行する。

図３は、本発明の第１の実施形態に係る相対測位の処理を示すフローチャートである。

図３に示すように、まず、演算処理装置は、上述の二重位相差等の観測値を取得する（Ｓ１０１）。演算処理装置は、整数値バイアスが既に決定されていれば（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、当該整数値バイアスを用いて、アンテナ装置２０の特定位置２００の相対測位、すなわち、特定位置２００のフィックス解を算出する（Ｓ１０４）。

一方、演算処理装置は、初期の整数値バイアスの決定等のように、整数値バイアスが決まっていなければ（Ｓ１０２：ＮＯ）、整数値バイアスの決定処理を実行する（Ｓ１０３）。そして、演算処理装置は、決定した整数値バイアスを用いて、特定位置２００のフィックス解を算出する（Ｓ１０４）。

次に、図３の整数値バイアスの決定処理について説明する。図４は、本発明の第１の実施形態に係る相対測位における整数値バイアスの決定処理を示すフローチャートである。

図４に示すように、演算処理装置は、上述のように、姿勢角を用いずにフロート解を算出する（Ｓ２０１）。演算処理装置は、姿勢角を算出する（Ｓ２０２）。演算処理装置は、当該姿勢角を用いて、上述のように、整数値バイアスを決定する（Ｓ２０３）。なお、演算処理装置は、姿勢角が有効であるか否かを判定し、姿勢角が有効である場合に整数値バイアスを決定してもよい。姿勢角の有効か否かの判定は、算出された姿勢角に対する既知の各種の統計的な検定によって実現できる。演算処理装置は、姿勢角が有効でなければ、整数値バイアスの決定を実行しない。

次に、図４のフロート解の算出処理について説明する。図５は、本発明の第１の実施形態に係る相対測位におけるフロート解の算出処理を示すフローチャートである。

図５に示すように、演算処理装置は、測位装置１０（移動局）の複数のアンテナ２１、２２に対する二重位相差を算出する（Ｓ３０１）。ここでの二重位相差は、基準局のアンテナ９０とアンテナ２１との二重位相差、および、基準局のアンテナ９０とアンテナ２２との二重位相差を意味する。

演算処理装置は、これらの二重位相差を用いて、基準局のアンテナ９０と移動局のアンテナ装置２０の特定位置２００との二重位相差を算出する（Ｓ３０２）。また、演算処理装置は、アンテナ２１、２２の単独測位結果、アンテナ９０の位置、および、測位衛星ＳＶ１、ＳＶ２の位置から方向余弦差行列を算出する（Ｓ３０３）。

演算処理装置は、上述のように、二重位相差および方向余弦差行列を用いた方程式にカルマンフィルタを適用し、特定位置に対するフロート解を推定算出する（Ｓ３０４）。

次に、図４の整数値バイアスの決定処理のより具体的な処理について説明する。図６は、本発明の第１の実施形態に係る相対測位における整数値バイアスの決定処理を示すフローチャートである。

図６に示すように、演算処理装置は、測位装置１０（移動局）の複数のアンテナ２１、２２間の二重位相差を算出する（Ｓ４０１）。ここでの二重位相差は、基準局のアンテナ９０は関係なく、移動局のアンテナ２１、２２のいずれかを基準とした、これらアンテナ２１、２２間の二重位相差を意味する。

演算処理装置は、アンテナ２１、２２の姿勢角を、上述の方法を用いて算出する（Ｓ４０２）。演算処理装置は、この姿勢角を用いて、アンテナ２１、２２に対する特定位置２００の相対位置を算出する（Ｓ４０３）。

演算処理装置は、この相対位置、上述の基準局のアンテナ９０と移動局のアンテナ２１との間の二重位相差、基準局のアンテナ９０と移動局のアンテナ２２との間の二重位相差、およびフロート解を用いて設定される上述の方程式に対してＬＡＭＢＤＡ法を適用することで、整数値バイアスを決定する（Ｓ４０４）。

この整数値バイアスの決定は、次に示す処理で実行される。図７は、本発明の第１の実施形態に係る整数値バイアスの決定処理のさらに具体的な処理を示すフローチャートである。

演算処理装置は、特定位置２００の二重位相差に対応した整数値バイアスのフロート解と共分散行列を算出する（Ｓ４４１）。演算処理装置は、これら整数値バイアスのフロート解と共分散行列を用いて、ＬＡＭＢＤＡ法によって、整数値バイアスの候補点を作成する（Ｓ４４２）。

演算処理装置は、各整数値バイアスの候補点から、アンテナ９０に対する特定位置２００の相対位置を算出する（Ｓ４４３）。例えば、演算処理装置は、最小ノルムとなる整数値バイアスの候補点を用いて、特定位置２００の相対位置を算出する。

演算処理装置は、各候補点から得られた特定位置２００の相対位置のそれぞれに対して、検定を実行する（Ｓ４４４）。検定としては、例えば、残差二乗和による検定、または、ノルムの比に基づいた検定を用いることができる。残差二乗和による検定は、残差二乗和が閾値未満であることによって、検定の合格を判定する。ノルムの比に基づいた検定は、２番目に小さいノルムを最小ノルムで割った比が閾値以上であることによって、検定の合格を判定する。また、演算処理装置は、これら複数の検定を行い、全ての検定に合格した場合に、当該候補点による特定位置２００の相対位置を採用してもよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係る相対測位装置、相対測位システム、相対測位方法、および、相対測位プログラムについて、図を参照して説明する。

第２の実施形態に係る相対測位装置、相対測位システム、相対測位方法、および、相対測位プログラムでは、フィックス解が有効でない、すなわち、検定に合格していない場合等には、相対測位の算出結果を出力しない。しかしながら、第２の実施形態に係る方法を用いることによって、フィックス解が有効でない場合であっても、代わりにフロート解を出力することが可能になる。

第２の実施形態に係る相対測位装置および相対測位システムの構成は、第１の実施形態に係る相対測位装置および相対測位システムの構成と同様であり、処理のみが異なる。したがって、以下では、第１の実施形態と異なる処理の箇所のみを具体的に説明する。

図８は、本発明の第２の実施形態に係る相対測位の処理を示すフローチャートである。

図８に示すように、まず、演算処理装置は、上述の二重位相差等の観測値を取得する（Ｓ５０１）。演算処理装置は、整数値バイアスが既に決定されていれば（Ｓ５０２：ＹＥＳ）、当該整数値バイアスを用いて、アンテナ装置２０の特定位置２００の相対測位、すなわち、特定位置２００のフィックス解を算出する（Ｓ５０６）。

演算処理装置は、初期の整数値バイアスの決定等のように、整数値バイアスが決まっていなければ（Ｓ５０２：ＮＯ）、フロート解を算出する（Ｓ５０３）。

演算処理装置は、姿勢角を取得し、姿勢角が有効であれば（Ｓ５０４：ＹＥＳ）、整数値バイアスの決定処理を実行する（Ｓ５０５）。そして、演算処理装置は、当該整数値バイアスを用いて、特定位置２００のフィックス解を算出する（Ｓ５０６）。

演算処理装置は、上述の検定を用いて、フィックス解が有効か否かを判定する（Ｓ５０７）。演算処理装置は、フィックス解が有効であれば（Ｓ５０７：ＹＥＳ）、フィックス解を出力する（Ｓ５０８）。

演算処理装置は、フィックス解が有効でない（Ｓ５０７：ＮＯ）、または、姿勢角が有効でなければ（Ｓ５０５：ＮＯ）、フロート解の有効性を判定する（Ｓ５０９）。演算処理装置は、フィックス解が有効でなく、フロート解が有効であれば（Ｓ５０９：ＹＥＳ）、フロート解を出力する（Ｓ５１０）。演算処理装置は、フロート解が有効でなければ（Ｓ５０９：ＮＯ）、相対測位結果の無効を通知する無効フラグを出力する（Ｓ５１１）。

このような処理を行うことによって、測位衛星の配置、測位信号の受信状態等によって、フィックス解が出力できない場合でも、フロート解が有効であれば、フロート解を出力できる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る相対測位装置、相対測位システム、相対測位方法、および、相対測位プログラムについて、図を参照して説明する。図９（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る相対測位装置の第１態様の機能ブロック図である。図９（Ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る相対測位装置の第２態様の機能ブロック図である。

図９（Ａ）に示すように、第３の実施形態に係る測位装置１０Ａ、１０Ｂは、第１の実施形態に係る測位装置１０に対して、慣性センサ７０を追加した点、これに応じた処理の変更点において異なる。測位装置１０Ａ、１０Ｂの他の構成は、測位装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

図９（Ａ）、図９（Ｂ）における慣性センサ７０は、例えば、角速度センサを備える。

図９（Ａ）の測位装置１０Ａでは、慣性センサ７０は、角速度を観測値生成部５０に出力する。観測値生成部５０は、この角速度と、測位信号の搬送波位相とを用いて、統合姿勢角を算出する。統合姿勢角とは、例えば、慣性センサ７０の角速度を、搬送波位相または搬送波位相を用いた角速度で補正して算出する姿勢角である。観測値生成部５０は、この姿勢角を演算部６０に出力し、演算部６０は、この姿勢角を用いて整数値バイアスの決定処理および相対測位を実行する。

図９（Ｂ）の測位装置１０Ｂでは、慣性センサ７０は、角速度を演算部６０に出力する。演算部６０は、当該角速度から姿勢角を算出し、この姿勢角を用いて整数値バイアスの決定処理および相対測位を実行する。

このように、慣性センサ７０から出力を用いて、姿勢角を算出してもよい。そして、図９（Ａ）の測位装置１０Ａでは、高精度な姿勢角が得られるため、整数値バイアスの決定処理の精度、相対測位の精度がさらに向上する。また、図９（Ｂ）の測位装置１０Ｂでは、姿勢角を高速に取得できるため、整数値バイアス決定処理への移行を確実に速くできる。

なお、上述の説明では、慣性センサ７０を用いる態様を示したが、慣性センサ７０に代えて、地磁気センサを用いてもよい。

なお、上述の説明では、基地局のアンテナが１個、移動局のアンテナが２個の場合を示したが、各局のアンテナ数はこれに限るものではない。図１０は、本発明の実施形態に係る相対測位システムにおけるアンテナの配置に対する他の態様例を示す図である。

図１０では、基地局のアンテナ装置９０Ｃは、４個のアンテナ９１、９２、９３、９４を備える。アンテナ９１、９２、９３、９４は、アンテナ装置９０Ｃを平面視して、正方形の４つの角にそれぞれ配置されている。移動局のアンテナ装置２０Ｃは、４個のアンテナ２１、２２、２３、２４を備える。アンテナ２１、２２、２３、２４は、アンテナ装置２０Ｃを平面視して、正方形の４つの角にそれぞれ配置されている。

このような構成において、基地局のアンテナ装置９０Ｃの中心点９００Ｃに対する、移動局のアンテナ装置２０Ｃの中心点２００Ｃの相対測位を行う。中心点９００Ｃは、アンテナ９１、９２、９３、９４から等距離にあり、中心点９００Ｃの位置は、アンテナ９１、９２、９３、９４の位置の平均値で定義できる。同様に、中心点２００Ｃは、アンテナ２１、２２、２３、２４から等距離にあり、中心点２００Ｃの位置は、アンテナ２１、２２、２３、２４の位置の平均値で定義できる。したがって、上述の処理を適用することが可能であり、姿勢角を用いることなくフロート解を算出し、このフロート解と姿勢角を用いて整数値バイアスを決定できる。そして、このように、測位信号を受信するアンテナ数を多くすることによって、観測値を多くでき、整数値バイアスの決定精度が向上する。なお、基地局のアンテナ数と移動局のアンテナ数は同じでなくてもよい。また、整数値バイアスを決定する基線ベクトルの始点および終点となる点（基準点）は、複数のアンテナの配置の中心点でなくてもよい。この場合、基準点は、複数のアンテナの位置の加重平均によって定義すればよい。

次に、本発明の第３の実施形態に係る測位装置、測位方法、および、測位プログラムについて、図を参照して説明する。図１１（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る相対測位装置の機能ブロック図であり、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示す演算部の機能ブロック図である。

上述の第１、第２の実施形態では、基地局の搬送波位相と移動局の搬送波位相との差（搬送波位相差）を用いたＲＴＫについて説明した。しかしながら、移動局の搬送波位相のみを用いたＰＰＰ（精密単独測位）に対しても、上述の処理を適用できる。ＰＰＰを用いる場合、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示す構成を適用すればよい。なお、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示す構成において、図１（Ａ）、図１（Ｂ）と同じ構成には、図１（Ａ）、図１（Ｂ）と同じ記号を付しており、当該箇所の説明は省略する。

図１１（Ａ）に示すように、測位装置１０Ｃは、測位用のアンテナ２１、２２、受信部３１、３２、観測値生成部５０Ｃ、および、演算部６０Ｃを備える。観測値生成部５０Ｃは、測位情報算出部５１Ｃと姿勢情報取得部５２を備える。図１（Ｂ）に示すように、演算部６０Ｃは、フロート解演算部６１Ｃ、整数値バイアス決定部６２、および、単独測位演算部６４を備える。受信部３１、３２、通信部４１、観測値生成部５０Ｃ、および、演算部６０Ｃは、それぞれ個別のハードウェアもしくは１個のハードウェアと、当該ハードウェアによって実行される各部の処理プログラムとによって実現されている。

測位情報算出部５１Ｃは、アンテナ２１、２２に対する搬送波位相および方向余弦を算出する。測位情報算出部５１Ｃは、搬送波位相および方向余弦を演算部６０Ｃに出力する。

フロート解演算部６１Ｃは、搬送波位相および方向余弦を用いて、アンテナ２１、２２と異なる特定位置２００（図２の移動局を参照）の単独測位のフロート解を算出する。この際、フロート解演算部６１Ｃは、第１の実施形態における搬送波位相差および方向余弦差を、搬送波位相および方向余弦に置き換えた処理によって、単独測位のフロート解を算出する。

整数値バイアス決定部６２は、このフロート解と姿勢角とを用いて、整数値バイアスを決定する。単独測位演算部６４は、この整数値バイアスと、上記姿勢角に基づくアンテナ２１、２２と特定位置２００との相対位置関係を用いて、特定位置２００のフィックス解を算出する。

このような構成によって、搬送波位相を用いた単独測位において、整数値バイアスのフロート解の推定算出が高速になる。

なお、本実施形態の単独測位に用いる処理は、上述の第１の実施形態に示した処理における搬送波位相差を搬送波位相に置き換え、方向余弦差を方向余弦に置き換えることによって実現できる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ：測位装置
２０、２０Ｃ：アンテナ装置
２１、２２：アンテナ
３０：アンテナ
３１、３２：受信部
４０：アンテナ
４１：通信部
５０、５０Ｃ：観測値生成部
６０、６０Ｃ：演算部
６１、６１Ｃ：フロート解演算部
６２：整数値バイアス決定部
６３：相対測位演算部
６４：単独測位演算部
７０：慣性センサ
９０：アンテナ
９０Ｃ：アンテナ装置
９１：アンテナ
２００：特定位置
２００Ｃ：中心点
９００、９００Ｃ：中心点
ｂｂ０：基線ベクトル
ｂｂ０１：基線ベクトル
ｂｂ０２：基線ベクトル
ＳＶ１：測位衛星
ＳＶ２：測位衛星

Claims (14)

1. 第１局の複数のアンテナで得られる搬送波位相と、前記第１局とは別に設けられた第２局の１以上のアンテナで得られる搬送波位相と、の搬送波位相差を用いて、前記第１局の姿勢情報を用いることなく、前記第２局に対する相対位置である特定位置のフロート解を算出するフロート解演算部と、
   前記第１局の前記姿勢情報を取得する姿勢情報取得部と、
   前記特定位置のフロート解と、前記第１局の姿勢情報とを用いて、前記搬送波位相の整数値バイアスを決定する整数値バイアス決定部と、
   を備える、測位装置。
2. 第１局の複数のアンテナで得られる搬送波位相を用いて、前記第１局の姿勢情報を用いることなく、前記第１局の絶対位置である特定位置のフロート解を算出するフロート解演算部と、
   前記第１局の前記姿勢情報を取得する姿勢情報取得部と、
   前記特定位置のフロート解と、前記第１局の姿勢情報とを用いて、前記搬送波位相の整数値バイアスを決定する整数値バイアス決定部と、
   を備える、測位装置。
3. 請求項１に記載の測位装置であって、
   前記特定位置のフロート解と、前記整数値バイアスと、を用いて、前記特定位置のフィックス解を算出する相対測位演算部を、備える、
   測位装置。
4. 請求項２に記載の測位装置であって、
   前記特定位置のフロート解と、前記整数値バイアスと、を用いて、前記特定位置のフィックス解を算出する単独測位演算部を、備える、
   測位装置。
5. 請求項１または請求項３に記載の測位装置であって、
   前記第１局は、
   前記第２局で得られる搬送波位相を含む第２局データを取得する取得部と、
   前記フロート解演算部と、
   前記整数値バイアス決定部と、を備える、
   測位装置。
6. 請求項１、請求項３、または、請求項５に記載の測位装置であって、
   前記第２局には、複数のアンテナが配置されており、
   前記フロート解演算部は、
   前記第２局の複数のアンテナでそれぞれに得られる搬送波位相と、前記第１局の複数のアンテナでそれぞれに得られる搬送波位相との搬送波位相差を用いて、前記フロート解を演算する、
   測位装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の測位装置であって、
   前記姿勢情報取得部は、
   前記第１局で得られる前記複数のアンテナ毎の搬送波位相、前記第１局に配置された慣性センサの出力、または、前記第１局に配置された地磁気センサを用いて、前記姿勢情報を算出する、
   測位装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の測位装置であって、
   フロート解演算部は、
   前記第１局の特定位置とともに、前記整数値バイアスのフロート解も算出する、
   測位装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の測位装置であって、
   前記第１局の特定位置は、前記第１局の前記複数のアンテナの位置と異なる位置であり、前記第１局の前記複数のアンテナの位置の加重平均によって算出される位置である、
   測位装置。
10. 請求項１、請求項３、請求項５、または、請求項７に記載の測位装置の構成を含み、
    前記第１局は移動局であり、
    前記第２局は基準局である、
    測位システム。
11. 第１局の複数のアンテナで得られる搬送波位相と、前記第１局とは別に設けられた第２局の１以上のアンテナで得られる搬送波位相と、の搬送波位相差を用いて、前記第１局の姿勢情報を用いることなく、前記第２局に対する相対位置である特定位置のフロート解を算出し、
    前記第１局の前記姿勢情報を取得し、
    前記特定位置のフロート解と、前記第１局の姿勢情報とを用いて、前記搬送波位相の整数値バイアスを決定する、
    測位方法。
12. 第１局の複数のアンテナで得られる搬送波位相を用いて、前記第１局の姿勢情報を用いることなく、前記第１局の絶対位置である特定位置のフロート解を算出し、
    前記第１局の前記姿勢情報を取得し、
    前記特定位置のフロート解と、前記第１局の姿勢情報とを用いて、前記搬送波位相の整数値バイアスを決定する、
    測位方法。
13. 第１局の複数のアンテナで得られる搬送波位相と、前記第１局とは別に設けられた第２局の１以上のアンテナで得られる搬送波位相と、の搬送波位相差を用いて、前記第１局の姿勢情報を用いることなく、前記第２局に対する相対位置である特定位置のフロート解を算出し、
    前記第１局の前記姿勢情報を取得し、
    前記特定位置のフロート解と、前記第１局の姿勢情報とを用いて、前記搬送波位相の整数値バイアスを決定する、
    処理を、演算処理装置に実行させる測位プログラム。
14. 第１局の複数のアンテナで得られる搬送波位相を用いて、前記第１局の姿勢情報を用いることなく、前記第１局の絶対位置である特定位置のフロート解を算出し、
    前記第１局の前記姿勢情報を取得し、
    前記特定位置のフロート解と、前記第１局の姿勢情報とを用いて、前記搬送波位相の整数値バイアスを決定する、
    処理を、演算処理装置に実行させる測位プログラム。

Images