WO2010050433A1 - 衛星航法装置 - Google Patents

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奈緒美 藤澤
勝雄 山田
陽児 後藤
中村　拓
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    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
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    • G—PHYSICS
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    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/43—Determining position using carrier phase measurements, e.g. kinematic positioning; using long or short baseline interferometry

Definitions

  • the present invention relates to a satellite navigation apparatus that performs positioning and reference signals based on satellite signals from navigation satellites.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • 1PPS Global Positioning System
  • L1 waves and L2 waves having different frequencies are used as carrier waves, and each GPS satellite generates a GPS signal by superimposing a pseudo noise code and a navigation message on each carrier wave.
  • a GPS signal using the L1 wave is referred to as an L1 signal
  • a GPS signal using the L2 wave is referred to as an L2 signal.
  • Each GPS satellite broadcasts the L1 signal and the L2 signal synchronously, and the satellite navigation apparatus receives them.
  • the satellite navigation apparatus Upon receiving the GPS signal, the satellite navigation apparatus calculates a pseudo distance P for each GPS satellite based on the pseudo noise code, and estimates positioning and a receiver time error based on the pseudo distance P. In this estimation calculation, the accuracy of the pseudo distance affects the accuracy of the positioning result and the like, but since the pseudo distance has an error, a correction process of the pseudo distance is required to perform highly accurate positioning or the like.
  • various pseudo distance correction processes have been devised, including a method of smoothing the pseudo distance with the carrier phase and a method of correcting the pseudo distance with the ionospheric delay.
  • the ionospheric delay amount of the L1 signal is calculated from the pseudorange of the L1 signal and the pseudorange of the L2 signal, and after smoothing the ionospheric delay amount, the ionosphere is subtracted from the pseudorange of the L1 signal. Delay correction is performed.
  • an ionosphere-free code pseudorange is calculated from the pseudorange of the L1 signal and the pseudorange of the L2 signal
  • the ionosphere-free carrier phase is calculated from the carrier phase of the L1 signal and the carrier phase of the L2 signal. calculate. Then, the ionosphere-free carrier phase is subtracted from the ionosphere-free code pseudorange, and correction is performed by smoothing.
  • the ionospheric delay correction of the pseudo distance is performed by subtracting the carrier smoothed ionospheric delay amount from the carrier smoothed pseudo distance.
  • the pseudo-range carrier smoothing by one frequency is set to PRsm (i) for the current smoothing pseudorange, PR (i) for the current observation pseudorange, and PRsm (i-1) for the previous smoothing pseudorange. Then, the time change amount of the observed carrier phase from the previous time to this time is set to ⁇ ADR (i), the weighting coefficient is set to k, and the calculation represented by the equation (1) is performed.
  • the carrier smoothing (carrier correction) of the general code ionospheric delay is that the current smoothing ionospheric delay is Ism (i), the ionospheric delay due to the current observation pseudorange is I PR (i), and the previous smoothing ionospheric delay.
  • Is Ism (i ⁇ 1) the amount of change in ionospheric delay due to the observed carrier phase from the previous time to this time is ⁇ I ADR (i), and the weighting coefficient is k similarly to the pseudorange, and the equation (2) Performs the operation represented.
  • the pseudorange is corrected for the ionosphere delay by subtracting the smoothing pseudorange PRsm (i) by the smoothing ionosphere delay Ism (i). That is, this is equivalent to executing the formula (3) by executing the formula (1) -the formula (2).
  • the carrier phase time variation ⁇ ADR (i) is the true distance between the navigation satellite and the receiver (satellite navigation device). Is expressed by the following equation (4) from the time change amount ⁇ r (i) and the time change amount ⁇ I ADR (i) of the ionospheric delay amount.
  • Equation (5) PR (i) -I PR (i) and PRsm (i-1) -Ism (i-1) remove the ionospheric delay from the pseudorange including the influence of the ionospheric delay. It becomes a term. Further, ⁇ r (i) is a time change amount of the true distance between the satellite and the receiver not including the ionospheric delay. Therefore, the right side of Equation (5) shows the terms ⁇ PR (i) ⁇ I PR (i) ⁇ with ionospheric delay correction and the terms ⁇ PRsm (i ⁇ 1) ⁇ Ism (i ⁇ 1) ⁇ . ⁇ 2 ⁇ ⁇ I ADR (i) ⁇ is added, and the influence of ionospheric delay cannot be removed.
  • the term of ⁇ 2 ⁇ I ADR (i) is always added instead of the term of only the pseudorange despite the ionospheric delay correction. The value will deviate from the true pseudorange. Since such a term is added every time the pseudo distance is calculated, the pseudo distance that should have been corrected is further away from the true pseudo distance.
  • the present invention is to realize a satellite navigation apparatus capable of correcting a pseudo distance with high accuracy even by using a pseudo distance correction method combined with carrier smoothing.
  • the present invention relates to a satellite navigation apparatus that calculates a code pseudorange based on a navigation signal from a navigation satellite.
  • the satellite navigation apparatus includes pseudorange correction means for correcting the code pseudorange by correcting the code pseudorange smoothed based on the carrier phase by the ionospheric delay by the code ionosphere delay.
  • the pseudo distance correcting unit corrects the code pseudo distance by making the carrier ionospheric delay included in the carrier phase coincide with the delay direction of the code ionospheric delay.
  • the pseudorange correcting means of the satellite navigation apparatus of the present invention specifically uses the carrier ion phase difference due to the first carrier ionospheric delay included in the carrier phase used for smoothing and the code ionospheric delay used for the ionospheric delay as a carrier.
  • the carrier ionospheric delay included in the carrier phase is matched with the delay direction of the code ionospheric delay.
  • the carrier phase shift direction due to the first carrier ionospheric delay included in the carrier phase and the correction of the second carrier ionospheric delay for carrier correction of the code ionospheric delay
  • the signs in the arithmetic expressions of the first carrier ionosphere delay and the second carrier ionosphere delay coincide mathematically.
  • the satellite navigation apparatus of the present invention includes positioning calculation means for performing positioning calculation using the code pseudorange corrected by the pseudorange correction means.
  • the satellite navigation apparatus of the present invention further includes reference signal generating means for generating a reference clock signal using a clock offset obtained by positioning calculation.
  • FIG. 1A is a block diagram showing the main configuration of the satellite navigation apparatus 1 of the present embodiment
  • FIG. 1B is a block diagram showing the main configuration of the code pseudorange correction unit 19 shown in FIG. It is.
  • the satellite navigation apparatus 1 of the present embodiment includes an L1 receiver 11, an L2 receiver 12, an L1 pseudorange calculator 13, an L1 carrier phase calculator 14, and an L2 pseudorange calculator. 15, an L2 carrier phase calculator 16, a code ionosphere delay calculator 17, a carrier ionosphere delay calculator 18, a code pseudorange corrector 19, and a positioning calculator 20.
  • the L1 receiving unit 11 receives and demodulates a navigation signal from the navigation satellite received by the antenna 100, outputs a navigation message or the like to the L1 pseudorange calculating unit 13, and outputs carrier phase information to the L1 carrier phase calculating unit. 14 to output.
  • the L2 receiving unit 12 receives and demodulates a navigation signal received from the positioning satellite received by the antenna 100, outputs a navigation message or the like to the L2 pseudorange calculating unit 15, and outputs carrier phase information to the L2 carrier phase calculating unit. 16 is output.
  • the L1 pseudo distance calculation unit 13 calculates the L1 code pseudo distance PR L1 (i) at every predetermined timing based on the navigation message or the like.
  • the L1 code pseudorange PR L1 (i) is output to the code ionosphere delay calculation unit 17 and the code pseudorange correction unit 19.
  • the L2 pseudo distance calculation unit 15 calculates the L2 code pseudo distance PR L2 (i) at the same timing as the information of L1 based on the navigation message or the like.
  • the L2 code pseudorange PR L2 (i) is output to the code ionosphere delay calculation unit 17.
  • the L1 carrier phase calculation unit 14 calculates the L1 carrier phase ADR L1 (i) at the same timing as the code pseudo distance PR L1 (i) based on the carrier phase information of the L1 signal.
  • the L1 carrier phase ADR L1 (i) is output to the carrier ionosphere delay calculation unit 18 and the code pseudorange correction unit 19.
  • the L2 carrier phase calculation unit 16 calculates the L2 carrier phase ADR L2 (i) at the same timing as the code pseudo distance PR L2 (i) based on the carrier phase information of the L2 signal.
  • the L2 carrier phase ADR L2 (i) is output to the carrier ionosphere delay calculation unit 18.
  • the code ionosphere delay calculation unit 17 calculates the L1 code ionosphere delay I PRL1 (i) at each timing using the following equation (6).
  • the carrier ionosphere delay calculation unit 18 calculates the time change amount ⁇ I ADRL1 (i) of the carrier ionosphere delay at each timing using the following equation (7).
  • ⁇ L1 and ⁇ L2 are the wavelength of the L1 signal and the wavelength of the L2 signal, respectively.
  • ⁇ ADR L1 (i) represents a time change amount from the previous time to the current time of the L1 carrier phase ADR L1 (i)
  • ⁇ ADR L2 (i) represents a time change from the previous time to the current time of the L2 carrier phase ADR L2 (i). Represents an amount.
  • the code ionospheric delay I PRL1 (i) calculated by the code ionospheric delay calculating unit 17 and the carrier ionospheric delay time variation ⁇ I ADRL1 (i) calculated by the carrier ionospheric delay calculating unit 18 are sent to the code pseudorange correcting unit 19. Is output.
  • the code pseudorange correction unit 19 includes a code pseudorange carrier smoothing unit 191, a code ionosphere delay carrier correction unit 192, and a code pseudorange ionosphere correction unit 193.
  • the code pseudorange correction unit 193 calculates the L1 code pseudorange PR L1 (i) based on the following principle. And correct the result and output to the positioning calculation unit 20.
  • the code pseudorange carrier smoothing unit 191 performs carrier smoothing on the L1 code pseudorange PR L1 (i) by using the weighted average represented by the above formula (1). That is, the code pseudorange carrier smoothing unit 191 calculates the post-smoothing L1 code pseudorange PR L1 sm (i) using the following equation (8).
  • PR L1 sm (i) is the L1 code pseudorange after the smoothing process at the current timing
  • PR L1 sm (i ⁇ 1) is the L1 code pseudorange after the smoothing process at the previous timing
  • the code ionosphere delay carrier correction unit 192 corrects the carrier of the code ionosphere delay I PRL1 (i) using the following equation (9). That is, the code ionosphere delay carrier correction unit 192 calculates the code ionosphere delay I ′ L1 sm (i) after carrier correction using the equation (9).
  • carrier correction is performed by a calculation different from the general code ionospheric delay carrier smoothing shown in Expression (2). Specifically, when the code ionospheric delay is corrected, the carrier ionospheric delay time variation ⁇ I ADRL1 (i) is added to the code ionospheric delay I ′ L1 sm (i ⁇ 1) after the previous carrier correction. Instead of (general method), an operation of subtracting the time variation ⁇ I ADRL1 (i) of the carrier ionospheric delay is performed.
  • This processing is based on the fact that the delay directions of the code ionosphere delay and the carrier ionosphere delay are different. That is, it is noted that the code ionosphere delay acts in the direction in which the pseudorange increases, and the carrier ionosphere delay acts in the direction in which the pseudorange decreases, and the code ionosphere delay I after carrier correction is made so that these directions coincide. 'The sign of the time variation ⁇ I ADRL1 (i) of the carrier ionospheric delay in the calculation formula of L1 sm (i) is inverted.
  • the code pseudorange ionosphere delay correction unit 193 uses the smoothed L1 code pseudorange PR L1 sm (i) calculated by Expression (8) as the carrier corrected code ionosphere delay I ′ L1 calculated by Expression (9). Subtract with sm (i).
  • the time change amount ⁇ ADR L1 (i) of the L1 carrier phase is the time change of the true distance between the satellite and the receiver.
  • equation (12) which means that the L1 code pseudorange is corrected by the ionospheric delay with the code ionosphere delay, is obtained.
  • the time change amount ⁇ I ADRL1 (i) of the carrier ionosphere delay included in the time change amount ⁇ ADR L1 (i) of the L1 carrier phase corresponding to the first carrier ionosphere delay of the present invention is the second carrier of the present invention. It is canceled by the carrier ionospheric delay time variation ⁇ I ADRL1 (i) included in the carrier correction formula of the code ionospheric delay I PRL1 (i) corresponding to the ionospheric delay.
  • the term (1 / k) ⁇ (PR L1 (i) ⁇ I PRL1 (i)) on the right side of the equation (12) indicates that the current L1 code pseudorange PR L1 (i) is the current code ionospheric delay. This corresponds to the ionospheric delay corrected by I PRL1 (i).
  • the term ((k ⁇ 1) / k) ⁇ (PR L1 sm (i ⁇ 1) ⁇ I ′ L1 sm (i ⁇ 1)) is expressed as the L1 code pseudorange PR L1 sm ( This corresponds to the correction of i ⁇ 1) by the ionospheric delay I ′ L1 sm (i ⁇ 1) after the previous carrier correction.
  • the code pseudorange correction unit 19 is the code pseudorange carrier smoothing unit 191, the code ionosphere delay backside correction unit 192, and the code pseudorange ionosphere delay correction unit 193, and the L1 pseudorange calculation unit 13,
  • the carrier phase calculation unit for L1, the pseudorange calculation unit for L2, the carrier phase calculation unit for L2, the code ionosphere delay calculation unit 17, and the carrier ionosphere delay calculation unit 18 are shown as individual functional units, These may be used as one code pseudo distance generation unit to correct the code pseudo distance according to the following flow.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a correction process flow of the code pseudorange of the satellite navigation apparatus 1 of the present embodiment.
  • the code pseudo distance generation unit calculates the L1 code pseudo distance PR L1 (i) and the L2 code pseudo distance PR L2 (i) at every predetermined timing based on the navigation message or the like (S101).
  • the code pseudo-range generation unit calculates the L1 carrier phase ADR L1 (i) based on the carrier phase information of the L1 signal, and calculates the L2 carrier phase ADR L2 (i) based on the carrier phase information of the L2 signal ( S102).
  • the code pseudo-range generating unit calculates the L1 code ionospheric delay I PRL1 (i) at each timing using the above-described equation (6) (S103). In addition, the code pseudo-range generation unit calculates the time variation ⁇ I ADRL1 (i) of the carrier ionospheric delay at each timing using the above-described equation (7) (S104).
  • the code pseudo-range generation unit uses the above-described equations (8), (9), and (10) to change the carrier phase time variation ⁇ ADR L1 , the code ionosphere delay I PRL1 , and the carrier ionosphere delay time variation.
  • ⁇ I ADRL1 ionospheric delay correction of the carrier-smoothed L1 code pseudorange PR L1 is performed (S105).
  • FIG. 3 is a graph showing the value of the L1 code pseudo distance when the method of the present embodiment is used, when the conventional method is used, and when carrier smoothing is not performed.
  • the horizontal axis represents the elapsed time
  • the vertical axis represents the pseudorange error from the true pseudorange.
  • the code pseudo distance corrected by the ionospheric delay after the carrier smoothing and the carrier correction is true even if time does not vary.
  • the code pseudo-range is approximately the same.
  • the code pseudo distance calculated in this way is given to the positioning calculation unit 20.
  • the positioning calculation unit 20 performs positioning of the own device (receiver) by a known method using the code pseudo distance. Thereby, highly accurate positioning can be performed. Further, by providing the positioning calculation unit 20 with a reference signal generation circuit, it is possible to output a reference signal such as 1 PPS. At this time, since the code pseudo distance with high accuracy is obtained, the clock offset of the own device (receiver) can be acquired with high accuracy, so that a highly accurate reference signal can be generated.
  • the code pseudo distance including the ionospheric delay can be corrected with high accuracy, and it is not necessary to use ionosphere-free coupling.
  • the code pseudorange can be corrected with high accuracy using the above-described method.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a main configuration of a satellite navigation apparatus 1 according to the present embodiment, and a block diagram showing a main configuration of a code pseudorange correction unit 19. It is a flowchart which shows the correction
  • 1-satellite navigation device 11-L1 receiver, 12-L2 receiver, 13-L1 pseudorange calculator, 14-L1 carrier phase calculator, 15-L2 pseudorange calculator, 16-L2 Carrier phase calculation unit, 17-code ionosphere delay calculation unit, 13-carrier ionosphere delay calculation unit, 19-code pseudorange correction unit, 191-code pseudorange carrier smoothing unit, 192-code ionosphere delay carrier correction unit, 193- Code pseudorange ionosphere delay correction unit, 20-position calculation unit, 100-antenna

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Abstract

【課題】キャリアスムージングを組み合わせた擬似距離の補正方法を用いて、擬似距離を高精度に補正する。 【解決手段】 　コード擬似距離補正部１９は、Ｌ１コード擬似距離ＰＲL1（ｉ）をＬ１キャリア位相の時間変化量ΔＡＤＲL1（ｉ）でキャリアスムージングするとともに、コード電離層遅延ＩPRL1（ｉ）をキャリア電離層遅延の時間変化量ΔＩADRL1（ｉ）でキャリア補正する。コード擬似距離補正部１９は、スムージング処理後Ｌ１コード擬似距離ＰＲL1ｓｍ（ｉ）から補正後電離層遅延Ｉ'L1ｓｍ（ｉ）を減算することで、電離層遅延補正を行う。この際、Ｌ１キャリア位相の時間変化量ΔＡＤＲL1（ｉ）に含まれるキャリア電離層遅延の時間変化量ΔＩADRL1（ｉ）の遅延方向と、補正後電離層遅延Ｉ'L1ｓｍ（ｉ）の算出に用いるキャリア電離層遅延の時間変化量ΔＩADRL1（ｉ）の遅延方向とを一致させる。

Description

衛星航法装置
　この発明は、航法衛星からの衛星信号に基づいて測位および基準信号を行う衛星航法装置に関するものである。
　現在、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）を利用して、測位を行ったり、１ＰＰＳ等の基準信号の発生を行ったりする衛星航法装置が各種存在する。このような衛星航法装置では、複数の航法衛星からの航法信号に基づいて測位や基準信号の発生を行う。ここで、ＧＮＳＳには運営母体が異なる複数のシステムが存在するので、以下では、ＧＰＳ（Global Positioning System）の場合を例に説明する。
　ＧＰＳでは、周波数の異なるＬ１波とＬ２波とを搬送波として、それぞれの搬送波に擬似雑音コードおよび航法メッセージを重畳することで、各ＧＰＳ衛星がＧＰＳ信号を生成する。なお、以下では、Ｌ１波を用いたＧＰＳ信号をＬ１信号、Ｌ２波を用いたＧＰＳ信号をＬ２信号と称する。各ＧＰＳ衛星は当該Ｌ１信号およびＬ２信号を同期して放送し、衛星航法装置が受信する。
　衛星航法装置は、ＧＰＳ信号を受信すると、擬似雑音コードに基づいてＧＰＳ衛星毎に擬似距離Ｐを算出し、当該擬似距離Ｐに基づいて測位および受信機時間誤差を推定する。この推定演算では、擬似距離の精度が測位結果等の精度に影響するが、擬似距離は誤差を有するため、高精度な測位等を行うには当該擬似距離の補正処理が必要となる。そして、現在、擬似距離の補正処理は各種考案されており、擬似距離をキャリア位相でスムージングする方法や、擬似距離を電離層遅延で電離層遅延補正する方法等がある。
　例えば、特許文献１では、Ｌ１信号の擬似距離とＬ２信号の擬似距離とからＬ１信号の電離層遅延量を算出し、当該電離層遅延量を平滑化したのち、Ｌ１信号の擬似距離から差分して電離層遅延補正を行っている。
　また、特許文献２では、Ｌ１信号の擬似距離とＬ２信号の擬似距離とから電離層フリーのコード擬似距離を算出するとともに、Ｌ１信号のキャリア位相とＬ２信号のキャリア位相とから電離層フリーのキャリア位相を算出する。そして、電離層フリーのコード擬似距離から電離層フリーのキャリア位相を差分し、平滑化することで補正を行っている。
　また、これらとは別の方法として、一般的なキャリアスムージングを用いた方法もある。この場合、キャリアスムージングした擬似距離から、キャリアスムージングした電離層遅延量を差分することで、擬似距離の電離層遅延補正を行う。
特開２００８－５１５６７号公報 特開２００７－２７８７０８号公報
　しかしながら、上述のキャリアスムージングを用いた方法では、以下に示すような潜在的な問題があり、算出される擬似距離を補正しているにも係わらず、後述する図３に示すように、算出値が徐々に真の擬似距離から離れていってしまう。
　一般的な一周波による擬似距離のキャリアスムージングは、今回のスムージング擬似距離をＰＲｓｍ（ｉ）とし、今回の観測擬似距離をＰＲ（ｉ）とし、前回のスムージング擬似距離をＰＲｓｍ（ｉ－１）とし、前回から今回までの観測キャリア位相の時間変化量をΔＡＤＲ（ｉ）とし、重み付け用の係数をｋとし、式（１）で表される演算を行う。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　また、一般的なコード電離層遅延のキャリアスムージング（キャリア補正）は、今回のスムージング電離層遅延をＩｓｍ（ｉ）とし、今回の観測擬似距離による電離層遅延をＩPR（ｉ）とし、前回のスムージング電離層遅延をＩｓｍ（ｉ－１）とし、観測キャリア位相による電離層遅延量の前回から今回までの変化量をΔＩADR（ｉ）とし、擬似距離と同様に重み付け用の係数をｋとし、式（２）で表される演算を行う。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　このようにコードに関する擬似距離と電離層遅延の両方をスムージングした後、スムージング擬似距離ＰＲｓｍ（ｉ）をスムージング電離層遅延Ｉｓｍ（ｉ）で減算することで、擬似距離を電離層遅延補正することになる。すなわち、式（１）－式（２）を実行して式（３）に示すような演算を行うことに相当する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　ここで、キャリア位相に対する電離層の影響は、擬似距離が短く観測される方向に働くため、キャリア位相の時間変化量ΔＡＤＲ（ｉ）は、航法衛星と受信機（衛星航法装置）間の真の距離の時間変化量Δｒ（ｉ）と、電離層遅延量の時間変化量ΔＩADR（ｉ）から、式（４）で表される。
　　ΔＡＤＲ（ｉ）＝Δｒ（ｉ）－ΔＩADR（ｉ）　　　－式（４）
　式（４）を式（３）に代入すると、式（５）となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　式（５）に示すように、ＰＲ（ｉ）－ＩPR（ｉ）、ＰＲｓｍ（ｉ－１）－Ｉｓｍ（ｉ－１）は、電離層遅延の影響を含んだ擬似距離から電離層遅延を除去した項となる。また、Δｒ（ｉ）は電離層遅延を含まない衛星と受信機間の真の距離の時間変化量となる。このため、式（５）の右辺は、電離層遅延補正がされた｛ＰＲ（ｉ）－ＩPR（ｉ）｝の項と、｛ＰＲｓｍ（ｉ－１）－Ｉｓｍ（ｉ－１）｝の項に｛－２・ΔＩADR（ｉ）｝が加算されたものとなり、電離層遅延の影響を除去できていない。
　したがって、一般的なキャリアスムージングを組み合わせた方法の場合、電離層遅延の補正を行ったにも係わらず、擬似距離のみの項とはならず、常に－２ΔＩADR（ｉ）の項が加算されて、真の擬似距離からずれた値となってしまう。そして、このような項が擬似距離の算出毎に加算されるため、補正されたはずの擬似距離がさらに真の擬似距離から離れてしまう。
　このような問題に対して、本発明は、キャリアスムージングを組み合わせた擬似距離の補正方法を用いても、擬似距離を高精度に補正できる衛星航法装置を実現することにある。
　この発明は、航法衛星からの航法信号に基づいてコード擬似距離を算出する衛星航法装置に関するものである。この衛星航法装置は、キャリア位相に基づいてスムージングしたコード擬似距離を、コード電離層遅延で電離層遅延補正することで、コード擬似距離の補正を行う擬似距離補正手段を備える。そして、この擬似距離補正手段は、キャリア位相に含まれるキャリア電離層遅延と、コード電離層遅延の遅延方向を一致させて、コード擬似距離の補正を行う。
　また、この発明の衛星航法装置の擬似距離補正手段は、具体的に、スムージングに用いるキャリア位相に含まれる第１のキャリア電離層遅延によるキャリア位相のズレ方向と、電離層遅延に用いるコード電離層遅延をキャリア補正する第２のキャリア電離層遅延の補正方向とを一致させることで、キャリア位相に含まれるキャリア電離層遅延と、コード電離層遅延の遅延方向を一致させる。
　この構成では、コード擬似距離をキャリア位相でスムージングする際に当該キャリア位相に含まれる第１のキャリア電離層遅延によるキャリア位相のズレ方向と、コード電離層遅延をキャリア補正する第２のキャリア電離層遅延の補正方向とが一致することで、数学的にはこれら第１のキャリア電離層遅延と第２のキャリア電離層遅延の演算式中の符号が一致する。したがって、キャリア位相でスムージングしたコード擬似距離から、キャリア電離層遅延でキャリア補正したコード電離層遅延を減算して電離層遅延補正を行う際に、スムージング用のキャリア位相に含まれる第１のキャリア電離層遅延と、コード電離層遅延をキャリア補正する第２のキャリア電離層遅延とが相殺される。これにより、擬似距離補正手段による補正後のコード擬似距離は電離層遅延の影響が除去される。
　また、この発明の衛星航法装置は、擬似距離補正手段により補正されたコード擬似距離を用いて測位演算を行う測位演算手段を備える。
　この構成では、上述のように高精度に補正されたコード擬似距離を用いることで、高精度な測位結果を得ることができる。
　また、この発明の衛星航法装置は、測位演算により得られるクロックオフセットを用いて基準クロック信号を発生する基準信号発生手段を備える。
　この構成では、上述のような高精度な測位演算が行われることで、高精度なクロックオフセットを得ることができ、高精度な基準信号を発生することができる。
　この発明によれば、電離層遅延の影響を除去した高精度なコード擬似距離を取得することができる。
　本実施形態の衛星航法装置について図を参照して説明する。なお、以下の説明では、ＧＰＳを例に説明するが、他のＧＮＳＳに対しても以下の構成および処理を適用することができる。　
　図１（Ａ）は本実施形態の衛星航法装置１の主要構成を示すブロック図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示すコード擬似距離補正部１９の主要構成を示すブロック図である。　
　図１に示すように、本実施形態の衛星航法装置１は、Ｌ１用受信部１１、Ｌ２用受信部１２、Ｌ１用擬似距離算出部１３、Ｌ１用キャリア位相算出部１４、Ｌ２用擬似距離算出部１５、Ｌ２用キャリア位相算出部１６、コード電離層遅延算出部１７、キャリア電離層遅延算出部１８、コード擬似距離補正部１９、および測位演算部２０を備える。
　Ｌ１用受信部１１は、アンテナ１００で受信した航法衛星からの航法信号を受信して復調し、航法メッセージ等をＬ１用擬似距離算出部１３へ出力し、キャリア位相情報をＬ１用キャリア位相算出部１４へ出力する。Ｌ２用受信部１２は、アンテナ１００で受信した測位衛星からの航法信号を受信して復調し、航法メッセージ等をＬ２用擬似距離算出部１５へ出力し、キャリア位相情報をＬ２用キャリア位相算出部１６へ出力する。
　Ｌ１用擬似距離算出部１３は、航法メッセージ等に基づいて所定タイミング毎にＬ１コード擬似距離ＰＲL1（ｉ）を算出する。Ｌ１コード擬似距離ＰＲL1（ｉ）は、コード電離層遅延算出部１７およびコード擬似距離補正部１９へ出力される。
　Ｌ２用擬似距離算出部１５は、航法メッセージ等に基づいて前記Ｌ１の各情報と同じタイミングで、Ｌ２コード擬似距離ＰＲL2（ｉ）を算出する。Ｌ２コード擬似距離ＰＲL2（ｉ）は、コード電離層遅延算出部１７へ出力される。
　Ｌ１用キャリア位相算出部１４は、Ｌ１信号のキャリア位相情報に基づいて、前記コード擬似距離ＰＲL1（ｉ）と同じタイミングで、Ｌ１キャリア位相ＡＤＲL1（ｉ）を算出する。Ｌ１キャリア位相ＡＤＲL1（ｉ）は、キャリア電離層遅延算出部１８およびコード擬似距離補正部１９へ出力される。
　Ｌ２用キャリア位相算出部１６は、Ｌ２信号のキャリア位相情報に基づいて、前記コード擬似距離ＰＲL2（ｉ）と同じタイミングで、Ｌ２キャリア位相ＡＤＲL2（ｉ）を算出する。Ｌ２キャリア位相ＡＤＲL2（ｉ）は、キャリア電離層遅延算出部１８へ出力される。
　コード電離層遅延算出部１７は、次の式（６）を用いて、各タイミングでＬ１コード電離層遅延ＩPRL1（ｉ）を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 　キャリア電離層遅延算出部１８は、次の式（７）を用いて、各タイミングでキャリア電離層遅延の時間変化量ΔＩADRL1（ｉ）を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 　なお、ここで、λL1およびλL2は、それぞれＬ１信号の波長及びＬ２信号の波長である。また、ΔＡＤＲL1（ｉ）はＬ１キャリア位相ＡＤＲL1（ｉ）の前回から今回までの時間変化量を表し、ΔＡＤＲL2（ｉ）はＬ２キャリア位相ＡＤＲL2（ｉ）の前回から今回までの時間変化量を表す。
　コード電離層遅延算出部１７で算出されたコード電離層遅延ＩPRL1（ｉ）およびキャリア電離層遅延算出部１８で算出されたキャリア電離層遅延の時間変化量ΔＩADRL1（ｉ）は、コード擬似距離補正部１９へ出力される。
　コード擬似距離補正部１９は、コード擬似距離キャリアスムージング部１９１、コード電離層遅延キャリア補正部１９２、およびコード擬似距離電離層補正部１９３を備え、Ｌ１コード擬似距離ＰＲL1（ｉ）を、次の原理を用いて補正し、測位演算部２０へ出力する。
　コード擬似距離キャリアスムージング部１９１は、Ｌ１コード擬似距離ＰＲL1（ｉ）を、上述の式（１）により表される重み付け平均を用いることでキャリアスムージングする。すなわち、コード擬似距離キャリアスムージング部１９１は、次の式（８）を用いて、スムージング処理後Ｌ１コード擬似距離ＰＲL1ｓｍ（ｉ）を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 　ここで、ＰＲL1ｓｍ（ｉ）は今回のタイミングでのスムージング処理後Ｌ１コード擬似距離であり、ＰＲL1ｓｍ（ｉ－１）は前回のタイミングでのスムージング処理後Ｌ１コード擬似距離であり、ｋは重み付けを決定する定数であり、仕様に応じて変更することができる。
　コード電離層遅延キャリア補正部１９２は、コード電離層遅延ＩPRL1（ｉ）を、次の式（９）を用いてキャリア補正する。すなわち、コード電離層遅延キャリア補正部１９２は、式（９）を用いて、キャリア補正後コード電離層遅延Ｉ'L1ｓｍ（ｉ）を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 　ここで、式（９）に示すように、本願発明では、上述の式（２）に示した一般的なコード電離層遅延のキャリアスムージングとは、異なる演算でキャリア補正を行う。具体的には、コード電離層遅延の補正の際に、前回のキャリア補正後コード電離層遅延Ｉ'L1ｓｍ（ｉ－１）に対して、キャリア電離層遅延の時間変化量ΔＩADRL1（ｉ）を加算するのではなく（一般的手法）、キャリア電離層遅延の時間変化量ΔＩADRL1（ｉ）を減算する演算を行う。
　この処理は、コード電離層遅延とキャリア電離層遅延との遅延方向が異なることに基づくものである。すなわち、コード電離層遅延は擬似距離が長くなる方向に作用し、キャリア電離層遅延は擬似距離が短くなる方向に作用することに着目し、これらの方向が一致するように、キャリア補正後コード電離層遅延Ｉ'L1ｓｍ（ｉ）の算出式におけるキャリア電離層遅延の時間変化量ΔＩADRL1（ｉ）の符号を反転させたものである。
　コード擬似距離電離層遅延補正部１９３は、式（８）で算出されたスムージング処理後Ｌ１コード擬似距離ＰＲL1ｓｍ（ｉ）を、式（９）で算出されたキャリア補正後コード電離層遅延Ｉ'L1ｓｍ（ｉ）で減算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 　これは、スムージング処理済Ｌ１コード擬似距離ＰＲL1ｓｍ（ｉ）を、キャリア補正後の電離層遅延Ｉ'L1ｓｍ（ｉ）で電離層遅延補正したことに相当する。
　ここで、キャリア位相に対する電離層遅延の影響は、擬似距離が短く観測される方向に働くため、Ｌ１キャリア位相の時間変化量ΔＡＤＲL1（ｉ）は、衛星と受信機間の真の距離の時間変化量Δｒ（ｉ）と、電離層遅延の時間変化量ΔＩADRL1（ｉ）を用いて、
　　ΔＡＤＲL1（ｉ）＝Δｒ（ｉ）－ΔＩADRL1（ｉ）　　　－式（１１）
　で表される。
　したがって、式（１０）に式（１１）を代入することで、Ｌ１コード擬似距離をコード電離層遅延で電離層遅延補正することを意味する次式（式（１２））が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 　すなわち、本発明の第１のキャリア電離層遅延に相当するＬ１キャリア位相の時間変化量ΔＡＤＲL1（ｉ）に含まれるキャリア電離層遅延の時間変化量ΔＩADRL1（ｉ）が、本発明の第２のキャリア電離層遅延に相当するコード電離層遅延ＩPRL1（ｉ）のキャリア補正の式に含まれるキャリア電離層遅延の時間変化量ΔＩADRL1（ｉ）で相殺される。
　ここで、式（１２）の右辺の（１／ｋ）・（ＰＲL1（ｉ）－ＩPRL1（ｉ））の項は、今回のＬ１コード擬似距離ＰＲL1（ｉ）を今回のコード電離層遅延ＩPRL1（ｉ）で電離層遅延補正したものに相当する。同様に、（（ｋ－１）／ｋ）・（ＰＲL1ｓｍ（ｉ－１）－Ｉ'L1ｓｍ（ｉ－１））の項は、前回のスムージング処理後Ｌ１コード擬似距離ＰＲL1ｓｍ（ｉ－１）を、前回のキャリア補正後電離層遅延Ｉ'L1ｓｍ（ｉ－１）で補正したことに相当する。
　このように、式（１２）に示すような演算を行うことで、Ｌ１コード擬似距離をキャリアスムージングした後に、キャリア補正した電離層遅延で電離層遅延補正しても、従来の式（５）に示すようにキャリア電離層遅延の時間変化量ΔＩADRL1（ｉ）の影響が残らず、補正後のＬ１コード擬似距離に対するキャリア電離層遅延の時間変化量ΔＩADRL1（ｉ）の影響を除去することができる。
　なお、上述の説明では、コード擬似距離補正部１９をコード擬似距離キャリアスムージング部１９１、コード電離層遅延伽裏補正部１９２、およびコード擬似距離電離層遅延補正部１９３とし、Ｌ１用擬似距離算出部１３、Ｌ１用キャリア位相算出部１４、Ｌ２用擬似距離算出部１５、Ｌ２用キャリア位相算出部１６、コード電離層遅延算出部１７、キャリア電離層遅延算出部１８を個別の機能部とした例を示したが、これらを一つのコード擬似距離生成部として、次に示すフローによりコード擬似距離の補正を行ってもよい。
　図２は本実施形態の衛星航法装置１のコード擬似距離の補正処理フローを示すフローチャートである。
　まず、コード擬似距離生成部は、航法メッセージ等に基づいて所定タイミング毎にＬ１コード擬似距離ＰＲL1（ｉ）およびＬ２コード擬似距離ＰＲL2（ｉ）を算出する（Ｓ１０１）。
　コード擬似距離生成部は、Ｌ１信号のキャリア位相情報に基づいてＬ１キャリア位相ＡＤＲL1（ｉ）を算出するとともに、Ｌ２信号のキャリア位相情報に基づいてＬ２キャリア位相ＡＤＲL2（ｉ）を算出する（Ｓ１０２）。
　コード擬似距離生成部は、上述の式（６）を用いて、各タイミングでＬ１コード電離層遅延ＩPRL1（ｉ）を算出する（Ｓ１０３）。また、コード擬似距離生成部は、上述の式（７）を用いて、各タイミングでキャリア電離層遅延の時間変化量ΔＩADRL1（ｉ）を算出する（Ｓ１０４）。
　そして、コード擬似距離生成部は、上述の式（８）、式（９）および式（１０）を用いて、キャリア位相の時間変化量ΔＡＤＲL1、コード電離層遅延ＩPRL1、キャリア電離層遅延の時間変化量ΔＩADRL1を用いて、キャリアスムージングしたＬ１コード擬似距離ＰＲL1の電離層遅延補正を行う（Ｓ１０５）。
　このような処理であっても、キャリアスムージングしたＬ１コード擬似距離を、キャリア補正したコード電離層遅延で電離層遅延補正しても、キャリア電離層遅延の時間変化量ΔＩADRL1（ｉ）の影響を除去することができる。
　図３は、本実施形態の手法を用いた場合、従来の手法を用いた場合、およびキャリアスムージングを行わない場合のＬ１コード擬似距離の値を示したグラフである。図３において横軸が経過時間を表し、縦軸が真の擬似距離から擬似距離誤差を表す。　
　図３に示すように、本実施形態の手法を用いることで、キャリアスムージングおよびキャリア補正後の電離層遅延による補正を行ったコード擬似距離は、時間が経過しても、値がバラつくことなく真のコード擬似距離に略一致する。
　このように、本実施形態の構成及び手法を用いることで、高精度なコード擬似距離を算出することができる。
　このよう算出されたコード擬似距離は、測位演算部２０へ与えられる。測位演算部２０は、このコード擬似距離を用いて、既知の手法により自装置（受信機）の測位を行う。これにより、高精度な測位を行うことができる。また、測位演算部２０に基準信号発生回路を備えることで、１ＰＰＳ等の基準信号を出力することもできる。この際、高精度なコード擬似距離が得られることで、自装置（受信機）のクロックオフセットを高精度に取得することができるので、高精度な基準信号を発生することができる。
　なお、本実施形態の構成および処理では電離層遅延を含んだ状態のコード擬似距離を高精度に補正することができるので、電離層フリー結合を用いる必要もない。これにより、ディファレンシャル測位システムを併用するような衛星航法装置に対して、有効なコード擬似距離の補正を行うことができる。すなわち、ディファレンシャル情報が利用できる範囲では、当該コード擬似距離のキャリアスムージングを行った後に、ディファレンシャル情報により得られる電離層遅延情報で電離層遅延補正を行うことができ、ディファレンシャル情報が利用できない範囲になったとしても、上述の方法を用いてコード擬似距離を高精度に補正することができる。
　また、上述の説明では、Ｌ１コード擬似距離を補正する場合を示したが、Ｌ２コード擬似距離についても同様に補正を行うことができる。
本実施形態の衛星航法装置１の主要構成を示すブロック図、および、コード擬似距離補正部１９の主要構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態の衛星航法装置１のコード擬似距離の補正処理フローを示すフローチャートである。 本発明の実施形態の手法を用いた場合、従来の手法を用いた場合、およびキャリアスムージングを行わない場合のＬ１コード擬似距離の値を示したグラフである。
　１－衛星航法装置、１１－Ｌ１用受信部、１２－Ｌ２用受信部、１３－Ｌ１用擬似距離算出部、１４－Ｌ１用キャリア位相算出部、１５－Ｌ２用擬似距離算出部、１６－Ｌ２用キャリア位相算出部、１７－コード電離層遅延算出部、１３－キャリア電離層遅延算出部、１９－コード擬似距離補正部、１９１－コード擬似距離キャリアスムージング部、１９２－コード電離層遅延キャリア補正部、１９３－コード擬似距離電離層遅延補正部、２０－測位演算部、１００－アンテナ

Claims (4)

  1. 　航法衛星からの航法信号に基づいてコード擬似距離を算出する衛星航法装置であって、
    　キャリア位相に基づいてスムージングしたコード擬似距離を、コード電離層遅延で電離層遅延補正することで、コード擬似距離の補正を行う擬似距離補正手段を備え、
    　該擬似距離補正手段は、前記キャリア位相に含まれるキャリア電離層遅延と、前記コード電離層遅延の遅延方向を一致させて、前記コード擬似距離の補正を行う、衛星航法装置。
  2. 　前記擬似距離補正手段は、前記コード擬似距離のスムージングに用いるキャリア位相に含まれる第１のキャリア電離層遅延による前記キャリア位相のズレ方向と、前記電離層遅延に用いるコード電離層遅延をキャリア補正する第２のキャリア電離層遅延の補正方向とを一致させることで、前記キャリア位相に含まれるキャリア電離層遅延と、前記コード電離層遅延の遅延方向を一致させる、請求項１に記載の衛星航法装置。
  3. 　前記擬似距離補正手段により補正されたコード擬似距離を用いて測位演算を行う測位演算手段を備えた、請求項１または請求項２に記載の衛星航法装置。
  4. 　前記測位演算により得られるクロックオフセットを用いて基準クロック信号を発生する基準信号発生手段を備えた、請求項３に記載の衛星航法装置。
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