WO2021020048A1 - 姿勢計測装置、姿勢計測方法、および、姿勢計測プログラム - Google Patents

姿勢計測装置、姿勢計測方法、および、姿勢計測プログラム Download PDF

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attitude
calculation mode
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瑛 樋山
匡 杉本
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古野電気株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a technique for measuring the posture of a moving body using a received signal of a GNSS signal.
  • Patent Document 1 discloses a device that receives radio waves from an artificial satellite and measures the position, altitude, speed, direction, etc. of a moving body.
  • an object of the present invention is to provide a technique for measuring the posture with as high accuracy as possible even if there is an antenna that cannot receive the positioning signal or a receiving unit that cannot obtain the positioning information from the positioning signal. ..
  • the posture measuring device of the present invention includes a plurality of antennas, a plurality of receiving units, a receiving state estimation unit, a mode selection unit, and a posture calculation unit.
  • Each of the plurality of antennas receives a positioning signal and outputs a received signal.
  • the number of the plurality of antennas is 4 or more.
  • the receiving unit is provided for each of the plurality of antennas and outputs positioning data including the carrier phase based on the received signal.
  • the reception state estimation unit estimates the quality of the reception state of the positioning data.
  • the mode selection unit selects a first posture calculation mode that uses four or more good positioning data in the reception state and a second posture calculation mode that uses three or less good positioning data in the reception state. ..
  • the posture calculation unit calculates the posture using the selected posture calculation mode.
  • the posture is calculated using the positioning data of the set having a good reception state according to the reception state of each set of the plurality of antennas and the receiving unit.
  • the posture can be measured with the highest possible accuracy.
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of a posture measuring device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing the arrangement of the antenna according to the first embodiment.
  • the posture measuring device 10 includes a calculation unit 20, four antennas 31-34, and four receiving units 41-44.
  • the four receiving units 41 are realized by, for example, an electronic circuit.
  • the arithmetic unit 20 is realized by, for example, an IC incorporating the processing of the arithmetic unit 20 or an arithmetic processing device such as a computer.
  • the four antennas 31-34 and the four receiving units 41-44 may have different configurations from the posture measuring device 10. That is, the posture measuring device can be configured only by the calculation unit 20. Further, the posture measuring device can be composed of four receiving units 41-44 and a calculation unit 20.
  • the calculation unit 20 includes a positioning calculation unit 21, a reception state estimation unit 22, a mode selection unit 23, and a posture calculation unit 24.
  • the four antennas 31, the antenna 32, the antenna 33, and the antenna 34 are installed on a moving body or an object whose posture is to be measured.
  • the moving body is, for example, a ship. In the following, the case where the moving body is a ship will be described as an example.
  • the four antennas 31, the antenna 32, the antenna 33, and the antenna 34 are arranged as shown in FIG. 2, for example. Specifically, the four antennas 31, the antenna 32, the antenna 33, and the antenna 34 are arranged at the corners of the square in a plan view. The antenna 31 and the antenna 32 are arranged parallel to the bow direction at intervals. Similarly, the antenna 33 and the antenna 34 are arranged parallel to the bow direction at intervals. The antenna 31 and the antenna 34 are arranged at intervals in parallel with the starboard side direction orthogonal to the bow direction. The antenna 32 and the antenna 33 are arranged parallel to the starboard and port sides at intervals. With this configuration, six baseline vectors BL12, BL23, BL34, BL41, BL13, and BL24 are configured.
  • the baseline vector BL12 is a vector with the antenna 31 as the base point and the antenna 32 as the end point.
  • the baseline vector BL23 is a vector with the antenna 32 as the base point and the antenna 33 as the end point.
  • the baseline vector BL34 is a vector with the antenna 33 as the base point and the antenna 34 as the end point.
  • the baseline vector BL41 is a vector with the antenna 34 as the base point and the antenna 31 as the end point.
  • the baseline vector BL13 is a vector with the antenna 31 as the base point and the antenna 33 as the end point.
  • the baseline vector BL24 has the antenna 32 as the base point and the antenna 34 as the end point.
  • the baseline vector BL12 and the baseline vector BL34 are parallel to the bow direction.
  • the direction of the baseline vector BL12 and the direction of the baseline vector BL34 are opposite.
  • the baseline vector BL23 and the baseline vector BL41 are orthogonal to the bow direction (parallel to the starboard direction).
  • the direction of the baseline vector BL23 and the direction of the baseline vector BL41 are opposite.
  • the baseline vector BL13 and the baseline vector BL24 are approximately 45 ° with respect to the bow direction.
  • the angle formed by the direction of the baseline vector BL13 and the direction of the baseline vector BL24 is approximately 90 °.
  • the antennas 31-34 are preferably arranged so that at least one baseline vector is parallel to the bow direction.
  • the antenna 31, the antenna 32, the antenna 33, and the antenna 34 receive and output the positioning signal from the positioning satellite.
  • the positioning signal is a signal obtained by modulating a carrier signal with a pseudo noise code.
  • a navigation message including the position of the positioning satellite is superimposed on the carrier phase.
  • the antenna 31, the antenna 32, the antenna 33, and the antenna 34 receive positioning signals from a plurality of positioning satellites.
  • the number of positioning signals received is preferably 4 or more.
  • the receiving unit 41 is connected to the antenna 31.
  • the positioning signal (received signal of the antenna 31) received by the antenna 31 is input to the receiving unit 41.
  • the receiving unit 41 captures and tracks the received signal of the antenna 31 to generate positioning data.
  • the positioning data includes the carrier wave phase, the code phase, and the like measured at the time of tracking.
  • the receiving unit 41 outputs the positioning data related to the antenna 31 to the positioning calculation unit 21.
  • the receiving unit 42 is connected to the antenna 32.
  • the positioning signal (received signal of the antenna 32) received by the antenna 32 is input to the receiving unit 42.
  • the receiving unit 42 captures and tracks the received signal of the antenna 32 to generate positioning data.
  • the positioning data includes the carrier wave phase, the code phase, and the like measured at the time of tracking.
  • the receiving unit 42 outputs the positioning data related to the antenna 32 to the positioning calculation unit 21.
  • the receiving unit 43 is connected to the antenna 33.
  • the positioning signal (received signal of the antenna 33) received by the antenna 33 is input to the receiving unit 43.
  • the receiving unit 43 captures and tracks the received signal of the antenna 33 to generate positioning data.
  • the positioning data includes the carrier wave phase, the code phase, and the like measured at the time of tracking.
  • the receiving unit 43 outputs the positioning data related to the antenna 33 to the positioning calculation unit 21.
  • the receiving unit 44 is connected to the antenna 34.
  • the positioning signal (received signal of the antenna 34) received by the antenna 34 is input to the receiving unit 44.
  • the receiving unit 44 captures and tracks the received signal of the antenna 34 to generate positioning data.
  • the positioning data includes the carrier wave phase, the code phase, and the like measured at the time of tracking.
  • the receiving unit 44 outputs the positioning data related to the antenna 34 to the positioning calculation unit 21.
  • At least one of the receiving unit 41, the receiving unit 42, the receiving unit 43, and the receiving unit 44 outputs the navigation message demodulated by the tracking of the received signal to the positioning calculation unit 21.
  • the positioning calculation unit 21 independently performs a positioning calculation for the position of the antenna 31 by using the positioning data related to the antenna 31 and the navigation message.
  • the positioning calculation unit 21 independently performs a positioning calculation for the position of the antenna 32 by using the positioning data related to the antenna 32 and the navigation message.
  • the positioning calculation unit 21 independently performs a positioning calculation for the position of the antenna 33 by using the positioning data related to the antenna 33 and the navigation message.
  • the positioning calculation unit 21 independently performs a positioning calculation for the position of the antenna 34 by using the positioning data related to the antenna 34 and the navigation message.
  • the positioning calculation unit 21 outputs the position calculated by the independent positioning calculation to the reception state estimation unit 22 and the posture calculation unit 24 as the positioning calculation result.
  • the positioning calculation unit 21 includes in each positioning calculation result as positioning error information that the position could not be calculated if the position could not be calculated for each pair of the antenna and the receiving unit.
  • the reception state estimation unit 22 estimates the reception state for each pair of the antenna and the reception unit by using the positioning calculation result for each antenna. Specifically, the reception state estimation unit 22 estimates the reception state of the pair of the antenna 31 and the reception unit 41 from the positioning result of the antenna 31. For example, if the position of the antenna 31 can be calculated, the reception state estimation unit 22 estimates that the reception state of the pair of the antenna 31 and the reception unit 41 is good. On the other hand, if the position of the antenna 31 cannot be calculated, the reception state estimation unit 22 estimates that the reception state of the pair of the antenna 31 and the reception unit 41 is poor.
  • the reception state estimation unit 22 estimates the reception state of the pair of the antenna 32 and the reception unit 42 from the positioning result of the antenna 32.
  • the reception state estimation unit 22 estimates the reception state of the pair of the antenna 33 and the reception unit 43 from the positioning result of the antenna 33.
  • the reception state estimation unit 22 estimates the reception state of the pair of the antenna 34 and the reception unit 44 from the positioning result of the antenna 34.
  • the reception state estimation unit 22 outputs the estimated reception state to the mode selection unit 23.
  • the mode selection unit 23 selects the posture calculation mode using the reception state. Specifically, the mode selection unit 23 selects the first posture calculation mode if the reception state is good in the combination of all the antennas and the reception unit. The mode selection unit 23 selects the second posture calculation mode if a part of the pair of the antenna and the reception unit having a good reception state is equal to or higher than the mode selection threshold value Nth. At this time, the mode selection unit 23 sets the positioning data to be used in the second posture calculation mode. Specifically, the mode selection unit 23 sets the positioning calculation result corresponding to the pair of the antenna and the receiving unit having a good reception state as the positioning calculation result used for the posture calculation.
  • the mode selection unit 23 selects a mode in which posture calculation is not possible if the number of pairs of the antenna and the reception unit having a good reception state is less than the threshold value Nth for mode selection.
  • the threshold Nth is set to, for example, 3. As a result, the posture can be reliably calculated using only the positioning signal.
  • the mode selection unit 23 outputs the selected mode to the posture calculation unit 24. At this time, the mode selection unit 23 also outputs the setting state of the positioning data used for the posture calculation to the posture calculation unit 24 in the second posture calculation mode.
  • the posture calculation unit 24 performs the posture calculation using the mode selected by the mode selection unit 23.
  • the posture in the present application is composed of three-dimensional posture angles. Specifically, the three-dimensional posture angles are the azimuth angle (yaw angle) ⁇ , the roll angle ⁇ , and the pitch angle ⁇ .
  • the attitude calculation unit 24 calculates, for example, the baseline vector between the above-mentioned antennas from the integrated value of the carrier wave phase. Further, the attitude calculation unit 24 calculates the direction cosine vector from the position of the antenna calculated by the positioning calculation unit 21 and the position of the positioning satellite acquired from the navigation message. Then, the attitude calculation unit 24 calculates the attitude angle from a known method using the baseline vector and the direction cosine vector.
  • the attitude calculation unit 24 uses the positioning calculation results of all the antenna and receiver pairs and the carrier phase to obtain a three-dimensional attitude angle based on the positioning signal, that is, The azimuth angle (yaw angle) ⁇ g, the roll angle ⁇ g, and the pitch angle ⁇ g are calculated.
  • the attitude calculation unit 24 determines the positioning calculation result (positioning calculation result estimated to have a good reception state) set as the target of the attitude calculation, and the carrier phase corresponding to these. And, the three-dimensional attitude angle based on the positioning signal is calculated.
  • the posture measuring device 10 can perform the posture calculation with as high accuracy as possible by using the positioning signal having a good reception state. More specifically, the posture measuring device 10 uses all the received positioning signals as the first posture calculation mode, if the reception state is good in all the pairs of the antenna and the receiving unit, with high accuracy. Posture calculation can be performed. Further, as the second posture calculation mode, the posture measuring device 10 uses a plurality of positioning signals in which the reception state is good if the reception state is good in the pair of some antennas and the receiving unit, and the posture is measured. Can perform operations. In the second posture calculation mode, the number of positioning signals used for the posture calculation is smaller than that in the first posture calculation mode. However, even in the second posture calculation mode, since a plurality of positioning signals having a good reception state are used in a number equal to or larger than the number capable of the posture calculation, the posture calculation can realize high accuracy of a predetermined level or more.
  • the posture calculation unit 24 outputs an error message without performing a new posture calculation, for example.
  • the posture measuring device 10 can suppress a decrease in the accuracy of the posture calculation.
  • the posture measuring device 10 can make the user recognize that the posture calculation has been interrupted.
  • the reception state estimation unit 22 estimates the reception state depending on whether or not the position can be calculated. However, the reception state estimation unit 22 may estimate the reception state depending on whether or not the carrier wave phase can be acquired. In this case, the reception state estimation unit 22 acquires the carrier phase from the positioning calculation unit 21 or the reception units 41-44. For example, the reception state estimation unit 22 estimates that the reception state is good if the carrier wave phase can be acquired, and estimates that the reception state is bad if the carrier wave phase cannot be acquired.
  • the reception state estimation unit 22 may estimate the reception state from the magnitude of the integrated value of the wave transmission phase.
  • the reception state estimation unit 22 sets a threshold value for the integrated value of the carrier wave phase.
  • the threshold value can be set by, for example, the integrated value of the minimum carrier phase required for the calculation of the attitude.
  • the reception state estimation unit 22 estimates that the reception state is good when the integrated value of the carrier wave phase is equal to or more than the threshold value, and estimates that the reception state is poor when the amount of change is less than the threshold value.
  • the reception state estimation unit 22 may estimate the reception state by using the amount of change in the position.
  • the reception state estimation unit 22 sets a threshold value for the amount of change in position.
  • the threshold can be set, for example, by the speed calculated immediately before.
  • the reception state estimation unit 22 estimates that the reception state is good if the amount of change at the position calculated at 2 hours is less than or equal to the threshold value, and if this amount of change exceeds the threshold value, the reception state is poor. Presumed to be.
  • the reception state estimation unit 22 may estimate the reception state by using the distribution of positions. In this case, for example, the reception state estimation unit 22 sets a threshold value for the distribution of positions. The reception state estimation unit 22 estimates that the reception state is good if the position variance is equal to or less than the threshold value, and estimates that the reception state is poor if the position dispersion exceeds the threshold value.
  • the reception state estimation unit 22 may estimate the reception state by using the reception intensity of the positioning signal for each pair of the antenna and the reception unit. That is, the reception state estimation unit 22 estimates the reception state by comparing the reception intensities of the positioning signals commonly received for the pair of the plurality of antennas and the reception unit. In this case, the receiving units 41-44 acquire the reception intensity for each received positioning signal and output it to the receiving state estimation unit 22.
  • the reception state estimation unit 22 compares the reception strength of the pair of the antenna and the reception unit with respect to the positioning signal common to each set, and the reception state of the set whose reception strength is lower than the other sets by a predetermined level or more. Is presumed to be defective.
  • the number of pairs of the antenna and the receiving unit is 4, but it may be 5 or more.
  • the threshold value Nth for mode selection may be 3 or more, and can be appropriately set in consideration of the accuracy of the posture calculation, the processing load, and the like.
  • the above functions may be realized by programming each of the above-mentioned processes, storing them in a storage medium or the like, and executing the above-mentioned processes in an arithmetic processing unit such as a computer.
  • FIG. 3 is a first flowchart of the posture measurement method according to the first embodiment.
  • the description of the parts that overlap with the above-mentioned explanations in the specific contents of each process will be omitted, and only the parts not described above will be described below.
  • the arithmetic processing unit estimates the reception state of each pair of the antenna and the receiving unit by using the positioning calculation result for each antenna (S11). If the reception state of all the sets is good (S12: YES), the arithmetic processing unit performs the attitude calculation in the first posture calculation mode (S13). That is, the arithmetic processing unit performs the attitude calculation using the positioning calculation result and the carrier phase of the set of all the antennas and the receiving unit.
  • the arithmetic processing unit detects the number N of sets whose reception state is poor unless the reception state of at least some sets is good (S12: NO). If the number of pairs N having a bad reception state is equal to or greater than the threshold value Nth (S14: YES), the arithmetic processing unit performs the attitude calculation in the second posture calculation mode (S15). That is, the arithmetic processing device does not use the positioning calculation result and the carrier phase of the set of the antenna and the receiving unit having a good reception state, but obtains the positioning calculation result and the carrier phase of the set of the antenna and the receiving unit having a poor receiving state. Use to perform posture calculation.
  • the arithmetic processing unit outputs an error message (S16) if the number of sets N with a bad reception state is less than the threshold value Nth (S14: NO).
  • FIG. 4 is a second flowchart of the posture measurement method according to the first embodiment. In the following, only the differences from the first flowchart shown in FIG. 3 will be described.
  • the arithmetic processing unit If the reception state of at least a part of the sets is not good (S12: NO), the arithmetic processing unit is put into a standby state until the threshold time tth of the start of mode determination. Even during this standby time (S140: NO), the arithmetic processing unit determines the reception state using the newly obtained positioning arithmetic result (S11). During this period, if the reception states of all the sets are good (S12: YES), the arithmetic processing unit performs the attitude calculation in the first posture calculation mode (S13). At the same time, the waiting time count is reset.
  • the arithmetic processing unit When the threshold time tth for starting the mode determination is reached (S140: YES), the arithmetic processing unit counts the number of pairs N having a good reception state (S14), and the attitude arithmetic or error message in the above-mentioned second attitude arithmetic mode is counted. Select the output of.
  • the arithmetic processing unit can suppress the second posture arithmetic mode when the antenna or the receiving unit is not out of order and the reception state is unstable.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a recovery process from the error state.
  • the arithmetic processing unit Even if the arithmetic processing unit is in an error state (S160), the arithmetic processing unit sequentially estimates the reception state using the positioning calculation results obtained sequentially (S161). The arithmetic processing unit repeats this process until the number of pairs N having a good reception state becomes the threshold value Nth or more (S162: NO).
  • FIG. 6 is a functional block diagram showing the configuration of the posture measuring device according to the second embodiment.
  • the posture measuring device 10A according to the second embodiment is provided with an inertial sensor 50 with respect to the posture measuring device 10 according to the first embodiment, and the processing of the calculation unit 20A associated therewith.
  • the other configuration of the posture measuring device 10A is the same as that of the posture measuring device 10, and the description of the same parts will be omitted.
  • the inertial sensor 50 may be integrated with or separate from the posture measuring device 10A.
  • the inertial sensor 50 is installed on the moving body on which the antennas 31-34 are installed.
  • the inertial sensor 50 includes at least a triaxial angular velocity sensor.
  • the inertial sensor 50 may include a three-axis accelerometer or other sensor.
  • the inertial sensor 50 measures the angular velocity of three orthogonal axes (inertia sensor system angular velocity) in the body coordinate system of the moving body, that is, the angular velocity for calculating the azimuth angle (yaw angle) ⁇ i, the roll angle ⁇ i, and the pitch angle ⁇ i. To do.
  • the inertial sensor 50 outputs the inertial sensor system angular velocity to the attitude calculation unit 24A and the mode selection unit 23 of the calculation unit 20A.
  • the mode selection unit 23 selects the attitude calculation mode using the presence / absence of the inertial sensor system angular velocity and the reception state. Specifically, the selection conditions for the first posture calculation mode using the positioning calculation result are the same as those described above.
  • the mode selection unit 23 selects the first integrated attitude calculation mode.
  • the mode selection unit 23 selects the first attitude calculation mode if the selection condition of the first attitude calculation mode is satisfied and the inertial sensor system angular velocity is not input.
  • the mode selection unit 23 selects the second integrated attitude calculation mode if the selection condition of the second attitude calculation mode is satisfied and the inertial sensor system angular velocity is input. On the other hand, the mode selection unit 23 selects the second attitude calculation mode if the selection condition of the second attitude calculation mode is satisfied and the inertial sensor system angular velocity is not input.
  • the mode selection unit 23 selects the third attitude calculation mode.
  • the third attitude calculation mode is to calculate the attitude angle using the inertial sensor system angular velocity for the attitude angle that cannot be calculated from the positioning calculation result.
  • the mode selection unit 23 outputs an error message if the selection condition of the second attitude calculation mode is not satisfied and the inertial sensor system angular velocity is not input.
  • the posture calculation unit 24A calculates the posture angle according to the selected posture calculation mode. At this time, the attitude calculation unit 24A responds to the combination of the number of antennas having a good reception state and the antennas having a poor reception state, the positional relationship, and the input inertial sensor system angular velocity (attitude angle of the inertial sensor system). Performs posture calculation. This process may be performed by the mode selection unit 23 when the posture calculation mode is selected.
  • FIG. 7 is a table showing the relationship between the normal number of sets N, the failure state, the position in the positioning coordinate system, the speed, the attitude angle, and the attitude angle in the inertial sensor system.
  • a normal antenna corresponds to the above-mentioned pair of an antenna having a good reception state and a receiving unit.
  • the failure state is a diagram showing the distribution of the above-mentioned pair of the antenna having a good reception state and the receiving unit and the set of the antenna having a poor receiving state and the receiving unit.
  • black circles indicate antennas in a pair of an antenna having a good reception condition and a receiving unit
  • a dotted line ⁇ indicates an antenna in a pair of an antenna having a good receiving condition and a receiving unit.
  • the arrow indicates the bow direction.
  • the attitude calculation unit 24A calculates the attitude using the positioning calculation results of all the antennas and the receiving unit and the carrier phase. At this time, if the inertial sensor system angular velocity is obtained, the attitude calculation unit 24A calculates the attitude using the positioning calculation result, the carrier wave phase, and the first integrated attitude calculation mode using the inertial sensor system angular velocity. ..
  • the attitude calculation unit 24A simultaneously estimates the bias error included in the angular velocity of the inertial sensor system, and calculates the attitude while suppressing the influence of the bias error. As a result, the posture measuring device 10A can perform more accurate posture calculation.
  • the reception state is poor in some sets of the antenna and the receiving unit, and the number of good sets in the receiving state is the threshold value Nth or more. This is the case of the above-mentioned second posture calculation mode.
  • the attitude calculation unit 24A calculates the attitude using the positioning calculation result of the pair of the antenna and the reception unit having a good reception state and the carrier phase. At this time, if the inertial sensor system angular velocity is obtained, the attitude calculation unit 24A calculates the attitude using the positioning calculation result, the carrier wave phase, and the first integrated attitude calculation mode using the inertial sensor system angular velocity. ..
  • the attitude calculation unit 24A simultaneously estimates the bias error included in the angular velocity of the inertial sensor system, and calculates the attitude while suppressing the influence of the bias error.
  • the posture measuring device 10A can perform more accurate posture calculation.
  • the attitude calculation unit 24A can perform the same processing regardless of the position of the antenna having a poor reception state.
  • the attitude calculation unit 24A calculates the attitude using the positioning calculation result of the pair of the antenna and the reception unit having a good reception state and the carrier phase. At this time, if the inertial sensor system angular velocity is obtained, the attitude calculation unit 24A calculates the attitude angle that cannot be calculated from the carrier phase as a result of the positioning calculation by using the inertial sensor system angular velocity.
  • the attitude calculation unit 24A sets the roll angle ⁇ g by the positioning calculation result and the carrier phase. Cannot be calculated. In this case, the attitude calculation unit 24A calculates the roll angle ⁇ i from the angular velocity of the inertial sensor system. As a result, the posture calculation unit 24A can calculate the posture composed of the posture angles of the three orthogonal axes.
  • the attitude calculation unit 24A sets the pitch angle ⁇ g if the reception condition is poor with two antennas (a pair of the antenna and the receiving unit) arranged in a direction orthogonal to the bow direction (starboard direction). As a result of positioning calculation, it cannot be calculated based on the carrier phase. In this case, the attitude calculation unit 24A calculates the pitch angle ⁇ i from the angular velocity of the inertial sensor system. As a result, the posture calculation unit 24A can calculate the posture composed of the posture angles of the three orthogonal axes.
  • the attitude calculation unit 24A of the two rows arranged in the bow direction, the antenna on the bow side has a poor reception condition in the first row, the antenna on the stern side has a good reception condition, and the bow in the second row. If the reception condition is good at the antenna on the side and the reception condition is poor at the antenna on the stern side, the roll angle ⁇ g and the pitch angle ⁇ g cannot be calculated from the carrier phase as a result of the positioning calculation. In this case, the attitude calculation unit 24A calculates the roll angle ⁇ i and the pitch angle ⁇ i from the inertial sensor system angular velocity. As a result, the posture calculation unit 24A can calculate the posture composed of the posture angles of the three orthogonal axes.
  • the attitude measuring device 10A uses the inertial sensor system angular velocity as the third attitude calculation mode even if at least a part of the attitude angles of the three orthogonal axes cannot be calculated from the positioning calculation result and the carrier phase. All of the posture angles of the three orthogonal axes can be calculated. As a result, the posture measuring device 10A can increase the chances of calculating all the posture angles of the three orthogonal axes without satisfying the condition of the second integrated posture calculation mode.
  • the above functions may be realized by programming each of the above-mentioned processes, storing them in a storage medium or the like, and executing the above-mentioned processes in an arithmetic processing unit such as a computer.
  • FIG. 8 is a first flowchart of the posture measurement method according to the second embodiment. In the specific contents of each process, the description of the parts that overlap with the above description will be omitted, and only the parts that are not described above will be described below.
  • the arithmetic processing unit estimates the reception state of each pair of the antenna and the receiving unit by using the positioning calculation result for each antenna (S11).
  • the arithmetic processing unit performs the first integrated attitude arithmetic mode (S31) if all the sets are in good reception (S12: YES) and there is an output of the inertial sensor (for example, angular velocity) (S21: YES).
  • the arithmetic processing unit performs the attitude calculation in the first attitude calculation mode if all the sets are in good reception (S12: YES) and there is no output of the inertial sensor (for example, angular velocity) (S21: NO). ).
  • the arithmetic processing unit detects the number N of sets whose reception state is poor unless the reception state of at least some sets is good (S12: NO).
  • the arithmetic processing unit performs the second integrated attitude arithmetic mode if the number of pairs N having a bad reception state is equal to or greater than the threshold value Nth (S14: YES) and there is an output of the inertial sensor (for example, angular velocity) (S22: YES). (S32).
  • the attitude calculation is performed in the second attitude calculation mode. (S15).
  • the arithmetic processing unit performs the third attitude arithmetic mode if the number of pairs N having a bad reception state is less than the threshold value Nth (S14: NO) and there is an output of the inertial sensor (for example, angular velocity) (S23: YES). S17).
  • the arithmetic processing unit outputs an error message if the number of sets N having a bad reception state is less than the threshold value Nth (S14: NO) and there is no output of the inertial sensor (for example, angular velocity) (S23: NO) (S16). ..
  • FIG. 9 is a second flowchart of the posture measurement method according to the second embodiment.
  • the description of the parts that overlap with the above description will be omitted, and only the parts not described above will be described below.
  • the arithmetic processing unit estimates the reception state of each pair of the antenna and the receiving unit by using the positioning calculation result for each antenna (S11). If the reception state of all the sets is good (S12: YES), the arithmetic processing unit performs the attitude calculation in the first posture calculation mode (S13).
  • the arithmetic processing unit detects the number N of sets whose reception state is poor unless the reception state of at least some sets is good (S12: NO). If the number of pairs N having a bad reception state is equal to or greater than the threshold value Nth (S14: YES), the arithmetic processing unit performs the attitude calculation in the second posture calculation mode (S15).
  • the arithmetic processing unit performs the third attitude arithmetic mode if the number of pairs N having a bad reception state is less than the threshold value Nth (S14: NO) and there is an output of the inertial sensor (for example, angular velocity) (S23: YES). S17).
  • the arithmetic processing unit outputs an error message if the number of sets N having a bad reception state is less than the threshold value Nth (S14: NO) and there is no output of the inertial sensor (for example, angular velocity) (S23: NO) (S16). ..
  • the posture measuring device of the present invention can be applied as long as it is provided with four or more antennas and can set four or more baseline vectors.
  • 10 (A) and 10 (B) are plan views showing another aspect of the arrangement of the antennas.
  • the posture measuring device includes four antennas 31-34.
  • the antenna 32, the antenna 33, and the antenna 34 are arranged on concentric circles centered on the antenna 31.
  • the antenna 32 is arranged on the bow side of the antenna 31.
  • the straight line connecting the antenna 31 and the antenna 32, that is, the baseline connecting the antenna 31 and the antenna 32 is parallel to the bow direction.
  • the antenna 33 and the antenna 34 are arranged on the stern side of the antenna 31.
  • the antenna 33 and the antenna 34 are not on the straight line connecting the antenna 31 and the antenna 32 and on an extension line thereof.
  • the straight line connecting the antenna 33 and the antenna 34 is orthogonal to the bow direction.
  • the posture measuring device includes five antennas 31-35.
  • the arrangement of the four antennas 31-34 is the same as the configuration shown in FIG. 2 above. At this time, the length between the four antennas 31-34 shown in FIG. 10B may be different from that in FIG.
  • the antenna 35 is arranged in the center of a square composed of four antennas 31-34.
  • each of the above-mentioned arrangements at least one baseline vector is parallel to the bow direction. With such an arrangement, the calculation process of the posture angle becomes easy. However, even if there is no baseline vector parallel to the bow direction, it can be applied to the configuration of the present invention. In this case, the angle formed by the bow direction and each baseline vector may be determined in advance.
  • All processes described herein can be embodied and fully automated by software code modules executed by a computing system that includes one or more computers or processors.
  • the code module can be stored on any type of non-transitory computer-readable medium or other computer storage device. Some or all methods may be embodied in dedicated computer hardware.
  • any particular action, event, or function of any of the algorithms described herein may be performed in different sequences and may be added, merged, or excluded altogether. (For example, not all described actions or events are required to execute the algorithm). Further, in certain embodiments, operations or events are performed in parallel rather than sequentially, for example through multithreading, interrupt handling, or through multiple processors or processor cores, or on other parallel architectures. Can be done. In addition, different tasks or processes can be performed by different machines and / or computing systems that can work together.
  • the various exemplary logical blocks and modules described in connection with the embodiments disclosed herein can be implemented or executed by a machine such as a processor.
  • the processor may be a microprocessor, but instead, the processor may be a controller, a microcontroller, or a state machine, or a combination thereof.
  • the processor can include an electrical circuit configured to process computer executable instructions.
  • the processor includes an application specific integrated circuit (ASIC), a field programmable gate array (FPGA), or other programmable device that performs logical operations without processing computer executable instructions.
  • ASIC application specific integrated circuit
  • FPGA field programmable gate array
  • Processors can also be a combination of computing devices, such as a combination of a digital signal processor (digital signal processor) and a microprocessor, multiple microprocessors, one or more microprocessors in combination with a DSP core, or any other of that. It can be implemented as such a configuration. Although described primarily with respect to digital technology herein, the processor may also include primarily analog devices. For example, some or all of the signal processing algorithms described herein can be implemented by analog circuits or mixed analog and digital circuits. Computing environments include, but are not limited to, any type of computer system that is based on a microprocessor, mainframe computer, digital signal processor, portable computing device, device controller, or computing engine within the device. be able to.
  • conditional languages such as “can,” “can,” “will,” or “may” include other features, elements, and / or steps in a particular embodiment. Embodiments are understood in the context commonly used to convey that they do not include. Thus, such conditional languages are generally any method in which features, elements and / or steps are required for one or more embodiments, or one or more embodiments are these features. It does not mean that the elements and / or steps are included in any particular embodiment or necessarily include logic to determine whether they are performed.
  • Disjunctive languages such as the phrase "at least one of X, Y, Z" have items, terms, etc. of X, Y, Z, or any combination thereof, unless otherwise stated. It is understood in the context commonly used to indicate that it can be (eg X, Y, Z). Thus, such a disjunctive language generally requires at least one of X, at least one of Y, or at least one of Z, each of which has a particular embodiment. Does not mean.
  • a numeral such as “one” should generally be construed as containing one or more described items.
  • terms such as “one device configured to” are intended to include one or more listed devices.
  • One or more of such enumerated devices can also be collectively configured to perform the described citations.
  • processors configured to run A, B, and C below are a first processor configured to run A and a second processor configured to run B and C.
  • processors with are typically at least the enumerated number (eg, other modifiers).
  • a mere enumeration of "two enumerations” without the use should be interpreted to mean at least two enumerations, or two or more enumerations).
  • the terms used herein should generally be construed as “non-limiting” terms (eg, the term “including” should be construed as “not only that, but at least including” and “...
  • the term “has” should be interpreted as “having at least”, and the term “including” should be interpreted as “including, but not limited to,”). Those skilled in the art will judge that this is the case.
  • the term “horizontal” as used herein refers to a plane or plane parallel to the floor or surface of the area in which the system being described is used, regardless of its orientation. The method to be done is defined as the plane on which it is carried out.
  • the term “floor” can be replaced with the term “ground” or “water surface”.
  • the term “vertical / vertical” refers to the direction perpendicular / vertical to the defined horizon. Terms such as “upper”, “lower”, “lower”, “upper”, “side”, “higher”, “lower”, “upper”, “beyond”, and “lower” are defined for the horizontal plane. ing.
  • connection means removable, movable, fixed, adjustable, unless otherwise noted. And / or should be construed as including removable connections or connections. Connections / connections include direct connections and / or connections with intermediate structures between the two components described.
  • the numbers preceded by terms such as “approximately,” “about,” and “substantially” as used herein include the enumerated numbers, and further. Represents an amount close to the stated amount that performs the desired function or achieves the desired result. For example, “approximately,” “about,” and “substantially” mean values less than 10% of the stated values, unless otherwise stated.
  • features of embodiments in which terms such as “approximately,” “about,” and “substantially” are previously disclosed perform further desired functions. Or represent a feature that has some variability to achieve the desired result for that feature.

Abstract

この発明の姿勢計測装置（１０）は、複数のアンテナ（３１～３４）、複数の受信部（４１～４４）、受信状態推定部（２２）、モード選択部（２３）及び姿勢演算部（２４）を備える。前記複数のアンテナ（３１～３４）は、それぞれに測位信号を受信して受信信号を出力するものであり、４個以上設けられる。前記複数の受信部（４１～４４）は、前記複数のアンテナ（３１～３４）毎に設けられ、受信信号に基づいた搬送波位相を含む測位用データを出力する。前記受信状態推定部（２２）は、前記測位用データの受信状態の良悪を推定する。前記モード選択部（２３）は、４個以上の受信状態の良好な測位用データを用いる第１姿勢演算モードと、３個以下の受信状態の良好な測位用データを用いる第２姿勢演算モードと、を選択する。姿勢演算部（２４）は、選択された姿勢演算モードを用いて、姿勢を演算する。

Description

姿勢計測装置、姿勢計測方法、および、姿勢計測プログラム
　本発明は、ＧＮＳＳ信号の受信信号を用いて移動体の姿勢を計測する技術に関する。
　特許文献１は、人工衛星からの電波を受信して、移動体の位置、高度、速度、方位等を測定する装置を開示している。
特開平５－４０１６２号公報
　しかしながら、特許文献１に示すような従来の姿勢計測装置では、測位信号を受信するアンテナが複数備えられている場合、全てのアンテナで測位信号を受信できなければ、姿勢を計測できなかった。
　したがって、本発明の目的は、測位信号を受信できないアンテナ、または、測位信号から測位情報を得られない受信部があっても、可能な限り高精度に姿勢を計測する技術を提供することにある。
　この発明の姿勢計測装置は、複数のアンテナ、複数の受信部、受信状態推定部、モード選択部、および、姿勢演算部を備える。複数のアンテナは、それぞれに測位信号を受信して受信信号を出力する。複数のアンテナの個数は、４個以上である。受信部は、複数のアンテナ毎に設けられ、受信信号に基づいた搬送波位相を含む測位用データを出力する。受信状態推定部は、測位用データの受信状態の良悪を推定する。モード選択部は、４個以上の受信状態の良好な測位用データを用いる第１姿勢演算モードと、３個以下の受信状態の良好な測位用データを用いる第２姿勢演算モードと、を選択する。姿勢演算部は、選択した姿勢演算モードを用いて、姿勢を演算する。
　この構成では、複数のアンテナと受信部との組毎の受信状態に応じて、受信状態が良好な組の測位用データを用いて、姿勢が演算される。
　この発明によれば、測位信号を受信できないアンテナ、または、測位信号から測位情報を得られない受信部があっても、可能な限り高精度に姿勢を計測できる。
第１の実施形態に係る姿勢計測装置の構成を示す機能ブロック図である。 第１の実施形態に係るアンテナの配置を示す概略的な平面図である。 第１の実施形態に係る姿勢計測方法の第１のフローチャートである。 第１の実施形態に係る姿勢計測方法の第２のフローチャートである。 エラー状態からの復帰処理を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る姿勢計測装置の構成を示す機能ブロック図である。 正常な組数Ｎ、故障状態、測位座標系での位置、速度、姿勢角、慣性センサ系での姿勢角の関係を示す表である。 第２の実施形態に係る姿勢計測方法の第１のフローチャートである。 第２の実施形態に係る姿勢計測方法の第２のフローチャートである。 アンテナの配置の別態様を示す平面図である。
　（第１実施形態）
　第１の実施形態に係る姿勢計測装置、姿勢計測方法、および、姿勢計測プログラムについて、図を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る姿勢計測装置の構成を示す機能ブロック図である。図２は、第１の実施形態に係るアンテナの配置を示す概略的な平面図である。
　図１に示すように、姿勢計測装置１０は、演算部２０、４個のアンテナ３１－３４、および、４個の受信部４１－４４を備える。４個の受信部４１は、例えば、電子回路によって実現される。演算部２０は、例えば、演算部２０の処理を組み込んだＩＣ、または、コンピュータ等の演算処理装置によって実現される。なお、４個のアンテナ３１－３４および４個の受信部４１－４４は、姿勢計測装置１０とは別構成であってもよい。すなわち、姿勢計測装置は、演算部２０のみで構成することも可能である。また、姿勢計測装置は、４個の受信部４１－４４と演算部２０とから、構成することも可能である。
　演算部２０は、測位演算部２１、受信状態推定部２２、モード選択部２３、および、姿勢演算部２４を備える。
　４個のアンテナ３１、アンテナ３２、アンテナ３３、および、アンテナ３４は、姿勢の計測対象である移動体または物体に設置されている。移動体としては、例えば船舶である。以下では、移動体が船舶の場合を例として説明する。
　４個のアンテナ３１、アンテナ３２、アンテナ３３、および、アンテナ３４は、例えば、図２に示すように配置される。具体的には、４個のアンテナ３１、アンテナ３２、アンテナ３３、および、アンテナ３４は、平面視して、正方形の角部に、それぞれ配置される。アンテナ３１とアンテナ３２とは、船首方向に平行に、間隔をあけて配置される。同様に、アンテナ３３とアンテナ３４とは、船首方向に平行に、間隔を開けて配置される。アンテナ３１とアンテナ３４とは、船首方向に直交する右左舷方向に平行に、間隔を開けて配置される。アンテナ３２とアンテナ３３とは、右左舷方向に平行に、間隔を開けて配置される。この構成によって、６本の基線ベクトルＢＬ１２、ＢＬ２３、ＢＬ３４、ＢＬ４１、ＢＬ１３、ＢＬ２４が構成される。基線ベクトルＢＬ１２は、アンテナ３１を基点としてアンテナ３２を終点とするベクトルである。基線ベクトルＢＬ２３は、アンテナ３２を基点としてアンテナ３３を終点とするベクトルである。基線ベクトルＢＬ３４は、アンテナ３３を基点としてアンテナ３４を終点とするベクトルである。基線ベクトルＢＬ４１は、アンテナ３４を基点としてアンテナ３１を終点とするベクトルである。基線ベクトルＢＬ１３は、アンテナ３１を基点としてアンテナ３３を終点とするベクトルである。基線ベクトルＢＬ２４は、アンテナ３２を基点としてアンテナ３４を終点とする。
　基線ベクトルＢＬ１２と基線ベクトルＢＬ３４とは、船首方向に平行である。基線ベクトルＢＬ１２の方向と基線ベクトルＢＬ３４の方向とは逆である。基線ベクトルＢＬ２３と基線ベクトルＢＬ４１とは、船首方向に直交する（右左舷方向に平行である）。基線ベクトルＢＬ２３の方向と基線ベクトルＢＬ４１の方向とは逆である。基線ベクトルＢＬ１３と基線ベクトルＢＬ２４とは、船首方向に対して略４５°である。基線ベクトルＢＬ１３の方向と基線ベクトルＢＬ２４の方向との成す角は、略９０°である。
　このように、アンテナ３１－３４は、少なくとも１個の基線ベクトルが船首方向に平行になるように、配置されることが好ましい。
　アンテナ３１、アンテナ３２、アンテナ３３、および、アンテナ３４は、測位衛星からの測位信号を受信して、出力する。測位信号は、搬送波信号を疑似雑音コードで変調した信号である。搬送波位相には、測位衛星の位置等を含む航法メッセージが重畳されている。アンテナ３１、アンテナ３２、アンテナ３３、および、アンテナ３４は、複数の測位衛星から測位信号を受信する。測位信号の受信数は、４個以上が好ましい。
　受信部４１は、アンテナ３１に接続する。受信部４１には、アンテナ３１が受信した測位信号（アンテナ３１の受信信号）が入力される。受信部４１は、アンテナ３１の受信信号を捕捉、追尾して、測位用データを生成する。測位用データは、追尾時に計測した搬送波位相、コード位相等を含む。受信部４１は、アンテナ３１に関連する測位用データを、測位演算部２１に出力する。
　受信部４２は、アンテナ３２に接続する。受信部４２には、アンテナ３２が受信した測位信号（アンテナ３２の受信信号）が入力される。受信部４２は、アンテナ３２の受信信号を捕捉、追尾して、測位用データを生成する。測位用データは、追尾時に計測した搬送波位相、コード位相等を含む。受信部４２は、アンテナ３２に関連する測位用データを、測位演算部２１に出力する。
　受信部４３は、アンテナ３３に接続する。受信部４３には、アンテナ３３が受信した測位信号（アンテナ３３の受信信号）が入力される。受信部４３は、アンテナ３３の受信信号を捕捉、追尾して、測位用データを生成する。測位用データは、追尾時に計測した搬送波位相、コード位相等を含む。受信部４３は、アンテナ３３に関連する測位用データを、測位演算部２１に出力する。
　受信部４４は、アンテナ３４に接続する。受信部４４には、アンテナ３４が受信した測位信号（アンテナ３４の受信信号）が入力される。受信部４４は、アンテナ３４の受信信号を捕捉、追尾して、測位用データを生成する。測位用データは、追尾時に計測した搬送波位相、コード位相等を含む。受信部４４は、アンテナ３４に関連する測位用データを、測位演算部２１に出力する。
　また、受信部４１、受信部４２、受信部４３、および、受信部４４の少なくとも１個は、受信信号の追尾によって復調された航法メッセージを、測位演算部２１に出力する。
　測位演算部２１は、アンテナ３１に関連する測位用データと航法メッセージとを用いて、アンテナ３１の位置を単独測位演算する。測位演算部２１は、アンテナ３２に関連する測位用データと航法メッセージとを用いて、アンテナ３２の位置を単独測位演算する。測位演算部２１は、アンテナ３３に関連する測位用データと航法メッセージとを用いて、アンテナ３３の位置を単独測位演算する。測位演算部２１は、アンテナ３４に関連する測位用データと航法メッセージとを用いて、アンテナ３４の位置を単独測位演算する。
　測位演算部２１は、単独測位演算によって算出された位置を、測位演算結果として、受信状態推定部２２および姿勢演算部２４に出力する。この際、例えば、測位演算部２１は、それぞれのアンテナと受信部の組に対して、位置を算出できなければ、算出できなかったことを測位エラー情報として、それぞれの測位演算結果に含む。
　受信状態推定部２２は、アンテナ毎の測位演算結果を用いて、アンテナと受信部との組毎の受信状態を推定する。具体的には、受信状態推定部２２は、アンテナ３１の測位結果から、アンテナ３１と受信部４１との組の受信状態を推定する。例えば、アンテナ３１の位置が算出できていれば、受信状態推定部２２は、アンテナ３１と受信部４１との組による受信状態は良好であると推定する。一方、アンテナ３１の位置が算出できていなければ、受信状態推定部２２は、アンテナ３１と受信部４１との組による受信状態は不良であると推定する。
　同様に、受信状態推定部２２は、アンテナ３２の測位結果から、アンテナ３２と受信部４２との組の受信状態を推定する。受信状態推定部２２は、アンテナ３３の測位結果から、アンテナ３３と受信部４３との組の受信状態を推定する。受信状態推定部２２は、アンテナ３４の測位結果から、アンテナ３４と受信部４４との組の受信状態を推定する。
　受信状態推定部２２は、推定した受信状態を、モード選択部２３に出力する。
　モード選択部２３は、受信状態を用いて、姿勢演算のモードを選択する。具体的には、モード選択部２３は、全てのアンテナと受信部との組で、受信状態が良好であれば、第１姿勢演算モードを選択する。モード選択部２３は、受信状態が良好なアンテナと受信部との組が一部であり、モード選択の閾値Ｎｔｈ以上であれば、第２姿勢演算モードを選択する。この際、モード選択部２３は、第２姿勢演算モードで利用する測位用データを設定する。具体的には、モード選択部２３は、受信状態が良好なアンテナと受信部との組に対応する測位演算結果を、姿勢演算に用いる測位演算結果として設定する。
　モード選択部２３は、受信状態が良好なアンテナと受信部との組の個数が、モード選択の閾値Ｎｔｈ未満であれば、姿勢演算の不可モードを選択する。閾値Ｎｔｈは、例えば、３に設定される。これにより、測位信号のみを用いても確実に姿勢を算出できる。
　モード選択部２３は、選択したモードを、姿勢演算部２４に出力する。この際、モード選択部２３は、第２姿勢演算モードであれば、姿勢演算に用いる測位用データの設定状も、姿勢演算部２４に出力する。
　姿勢演算部２４は、モード選択部２３によって選択されたモードを用いて、姿勢演算を行う。本願における姿勢とは、三次元の姿勢角によって構成される。具体的に、三次元の姿勢角とは、方位角（ヨー角）ψ、ロール角φ、および、ピッチ角θである。姿勢演算部２４は、例えば、搬送波位相の積算値から、上述のアンテナ間に基線ベクトルを算出する。また、姿勢演算部２４は、測位演算部２１で算出されたアンテナの位置と、航法メッセージから取得した測位衛星の位置とから方向余弦ベクトルを算出する。そして、姿勢演算部２４は、基線ベクトルと方向余弦ベクトルとを用いて、既知の方法から、姿勢角を算出する。
　第１姿勢演算モードが設定されていれば、姿勢演算部２４は、全てのアンテナと受信部の組の測位演算結果と搬送波位相とを用いて、測位信号に基づく三次元の姿勢角、すなわち、方位角（ヨー角）ψｇ、ロール角φｇ、および、ピッチ角θｇを算出する。
　第２姿勢演算モードが設定されていれば、姿勢演算部２４は、姿勢演算の対象に設定された測位演算結果（受信状態が良好と推定された測位演算結果）と、これらに対応する搬送波位相とを用いて、測位信号に基づく三次元の姿勢角を算出する。
　このような構成および処理を用いることによって、姿勢計測装置１０は、受信状態が良好な測位信号を用いて、可能な限り高精度に姿勢演算を行うことができる。より具体的には、姿勢計測装置１０は、第１姿勢演算モードとして、全てのアンテナと受信部との組において受信状態が良好であれば、受信した全ての測位信号を用いて、高精度に姿勢演算を行うことができる。また、姿勢計測装置１０は、第２姿勢演算モードとして、一部のアンテナと受信部との組において受信状態が良好であれば、これらの受信状態が良好な複数の測位信号を用いて、姿勢演算を行うことができる。第２姿勢演算モードは、第１姿勢演算モードと比較して、姿勢演算に用いる測位信号数が少なくなる。しかしながら、第２姿勢演算モードにおいても、受信状態が良好な複数の測位信号を、姿勢演算が可能な数以上用いているので、姿勢演算は、所定レベル以上の高精度を実現できる。
　なお、姿勢演算部２４は、姿勢演算の不可モードが設定されていれば、例えば、新たな姿勢演算を行わず、エラーメッセージを出力する。これにより、姿勢計測装置１０は、姿勢演算の精度の低下を抑制できる。また、姿勢計測装置１０は、姿勢演算が中断したことを、ユーザに認識させることができる。
　なお、上述の説明では、受信状態推定部２２は、位置の算出ができたか否かによって、受信状態を推定した。しかしながら、受信状態推定部２２は、搬送波位相を取得できたか否かによって、受信状態を推定してもよい。この場合、受信状態推定部２２は、測位演算部２１または受信部４１－４４から搬送波位相を取得する。例えば、受信状態推定部２２は、搬送波位相が取得できていれば、受信状態が良好であると推定し、搬送波位相が取得できなければ、受信状態が不良であると推定する。
　また、受信状態推定部２２は、波送波位相の積算値の大きさから、受信状態を推定してもよい。この場、例えば、受信状態推定部２２は、搬送波位相の積算値に対する閾値を設定する。閾値は、例えば、姿勢の演算に必要な最低限の搬送波位相の積算値によって設定できる。受信状態推定部２２は、搬送波位相の積算値が閾値を以上であれば、受信状態が良好であると推定し、この変化量が閾値未満であれば、受信状態が不良であると推定する。
　また、受信状態推定部２２は、位置の変化量を用いて、受信状態を推定してもよい。この場、例えば、受信状態推定部２２は、位置の変化量に対する閾値を設定する。閾値は、例えば、直前に算出された速度によって設定できる。受信状態推定部２２は、２時刻で算出した位置における変化量が、閾値を以下であれば、受信状態が良好であると推定し、この変化量が閾値を超えると、受信状態が不良であると推定する。
　また、受信状態推定部２２は、位置の分散を用いて、受信状態を推定してもよい。この場合、例えば、受信状態推定部２２は、位置の分散に閾値を設定する。受信状態推定部２２は、位置の分散が閾値以下であれば、受信状態が良好であると推定し、位置の分散が閾値を超えると、受信状態が不良であると推定する。
　また、受信状態推定部２２は、アンテナと受信部との組毎の測位信号の受信強度を用いて、受信状態を推定してもよい。すなわち、受信状態推定部２２は、複数のアンテナと受信部との組に対して共通に受信した測位信号の受信強度を比較することによって、受信状態を推定する。この場合、受信部４１－４４は、受信した測位信号毎に受信強度を取得し、受信状態推定部２２に出力する。
　受信状態推定部２２は、各組に共通の測位信号に対して、アンテナと受信部との組の受信強度を比較し、受信強度が他の組よりも所定レベル以上低い組については、受信状態が不良であると推定する。
　また、本実施形態では、アンテナと受信部との組数は４であるが、５以上であってもよい。この場合、モード選択用の閾値Ｎｔｈは、３以上であればよく、姿勢演算の精度、処理負荷等を考慮して、適宜設定することが可能である。
　上述の説明では、演算部２０で実行する処理を、個別の機能部で実行する態様を示した。しかしながら、上述の各処理をプログラム化して記憶媒体等に記憶しておき、コンピュータ等の演算処理装置で実行することで、上記機能を実現してもよい。
　図３は、第１の実施形態に係る姿勢計測方法の第１のフローチャートである。なお、各処理の具体的な内容は、なお、各処理の具体的な内容において、上述の説明と重複する箇所の説明は省略し、以下では、上述されていない箇所のみを説明する。
　まず、演算処理装置は、アンテナ毎の測位演算結果を用いて、アンテナと受信部との組毎の受信状態を推定する（Ｓ１１）。演算処理装置は、全ての組の受信状態が良好であれば（Ｓ１２：ＹＥＳ）、第１姿勢演算モードで姿勢演算を行う（Ｓ１３）。すなわち、演算処理装置は、全てのアンテナと受信部との組の測位演算結果および搬送波位相を用いて、姿勢演算を行う。
　演算処理装置は、少なくとも一部の組の受信状態が良好でなければ（Ｓ１２：ＮＯ）、受信状態が不良の組数Ｎを検出する。演算処理装置は、受信状態が不良の組数Ｎが閾値Ｎｔｈ以上であれば（Ｓ１４：ＹＥＳ）、第２姿勢演算モードで姿勢演算を行う（Ｓ１５）。すなわち、演算処理装置は、受信状態が良好なアンテナと受信部との組の測位演算結果および搬送波位相を用いず、受信状態が不良なアンテナと受信部との組の測位演算結果および搬送波位相を用いて、姿勢演算を行う。
　演算処理装置は、受信状態が不良の組数Ｎが閾値Ｎｔｈ未満であれば（Ｓ１４：ＮＯ）、エラーメッセージを出力する（Ｓ１６）。
　なお、演算処理装置は、不良の組数Ｎによる判定時に、所定の待機時間を設定してもよい。図４は、第１の実施形態に係る姿勢計測方法の第２のフローチャートである。なお、以下では、図３に示す第１のフローチャートとの相違点のみを説明する。
　演算処理装置は、少なくとも一部の組の受信状態が良好でなければ（Ｓ１２：ＮＯ）、モード判定の開始の閾値時間ｔｔｈまで待機状態とする。演算処理装置は、この待機時間中も（Ｓ１４０：ＮＯ）、新たに得られる測位演算結果を用いて受信状態を判定する（Ｓ１１）。この間に、全ての組の受信状態が良好になれば（Ｓ１２：ＹＥＳ）、演算処理装置は、第１姿勢演算モードで姿勢演算を行う（Ｓ１３）。これとともに、待機時間のカウントはリセットされる。
　演算処理装置は、モード判定の開始の閾値時間ｔｔｈになると（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、受信状態が良好な組数Ｎをカウントし（Ｓ１４）、上述の第２姿勢演算モードでの姿勢演算またはエラーメッセージの出力の選択を行う。
　このような処理を用いることによって、演算処理装置は、アンテナまたは受信部が故障していなくて受信状態が不安定な場合に第２姿勢演算モードになることを、抑制できる。
　なお、エラー状態（エラーメッセージを出力している状態）からの復帰は、例えば、次に示す方法をもちいればよい。図５は、エラー状態からの復帰処理を示すフローチャートである。
　演算処理装置は、エラー状態にあっても（Ｓ１６０）、順次得られる測位演算結果を用いて受信状態を逐次推定する（Ｓ１６１）。演算処理装置は、受信状態が良好な組数Ｎが閾値Ｎｔｈ以上になるまでは（Ｓ１６２：ＮＯ）、この処理を繰り返す。
　演算処理装置は、受信状態が良好な組数Ｎが閾値Ｎｔｈ以上なると（Ｓ１６２：ＹＥＳ）、姿勢演算を復帰する。この際、演算処理装置は、全ての組において受信状態が良好（Ｎ＝Ｎａｌｌ）であれば（Ｓ１６３：ＹＥＳ）、第１姿勢演算モードで姿勢演算を行う。演算処理装置は、一部の組において受信状態が不良であれば（Ｓ１６３：ＮＯ）、第２姿勢演算モードで姿勢演算を行う。
　（第２実施形態）
　第２の実施形態に係る姿勢計測装置、姿勢計測方法、および、姿勢計測プログラムについて、図を参照して説明する。図６は、第２の実施形態に係る姿勢計測装置の構成を示す機能ブロック図である。
　図６に示すように、第２の実施形態に係る姿勢計測装置１０Ａは、第１の実施形態に係る姿勢計測装置１０に対して、慣性センサ５０を備える点、これに伴う演算部２０Ａの処理において、異なる。姿勢計測装置１０Ａの他の構成は、姿勢計測装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。なお、慣性センサ５０は、姿勢計測装置１０Ａと一体であっても、別であってもよい。
　慣性センサ５０は、アンテナ３１－３４が設置される移動体に、設置されている。慣性センサ５０は、少なくとも三軸の角速度センサを備える。慣性センサ５０は、三軸の加速度センサや他のセンサを備えていてもよい。
　慣性センサ５０は、移動体のボディ座標系での直交三軸の角速度（慣性センサ系角速度）、すなわち、方位角（ヨー角）ψｉ、ロール角φｉ、ピッチ角θｉを算出するための角速度を計測する。慣性センサ５０は、慣性センサ系角速度を、演算部２０Ａの姿勢演算部２４Ａおよびモード選択部２３に出力する。
　モード選択部２３は、慣性センサ系角速度の有無と受信状態とを用いて、姿勢演算モードを選択する。具体的には、測位演算結果を用いた第１姿勢演算モードの選択条件は、上述の内容と同じである。
　さらに、モード選択部２３は、第１姿勢演算モードの選択条件を満たしており、慣性センサ系角速度が入力されていれば、第１統合姿勢演算モードを選択する。一方、モード選択部２３は、第１姿勢演算モードの選択条件を満たしており、慣性センサ系角速度が入力されていなければ、第１姿勢演算モードを選択する。
　モード選択部２３は、第２姿勢演算モードの選択条件を満たしており、慣性センサ系角速度が入力されていれば、第２統合姿勢演算モードを選択する。一方、モード選択部２３は、第２姿勢演算モードの選択条件を満たしており、慣性センサ系角速度が入力されていなければ、第２姿勢演算モードを選択する。
　モード選択部２３は、第２姿勢演算モードの選択条件を満たしておらず、慣性センサ系角速度が入力されていれば、第３姿勢演算モードを選択する。第３姿勢演算モードとは、測位演算結果によって算出不可能な姿勢角については、慣性センサ系角速度を用いて姿勢角を算出するものである。一方、モード選択部２３は、第２姿勢演算モードの選択条件を満たしておらず、慣性センサ系角速度が入力されていなければ、エラーメッセージを出力する。
　姿勢演算部２４Ａは、選択された姿勢演算モードにしたがって、姿勢角を算出する。この際、姿勢演算部２４Ａは、受信状態が良好なアンテナと受信状態が不良のアンテナの個数、位置関係、入力されている慣性センサ系角速度（慣性センサ系の姿勢角）の組合せに応じて、姿勢演算を行う。この処理は、モード選択部２３で、姿勢演算モードの選択時に行ってもよい。
　図７は、正常な組数Ｎ、故障状態、測位座標系での位置、速度、姿勢角、慣性センサ系での姿勢角の関係を示す表である。図７において、正常なアンテナとは、上述の受信状態が良好なアンテナと受信部との組に対応する。故障状態とは、上述の受信状態の良好なアンテナと受信部との組と、受信状態が不良のアンテナと受信部との組との分布を示す図である。故障状態の欄において、黒丸は、受信状態が良好なアンテナと受信部との組におけるアンテナを示し、点線の○に×は、受信状態が良好なアンテナと受信部との組におけるアンテナを示す。また、矢印は、船首方向を示す。
　（Ｎ＝４の場合）
　この場合は、全てのアンテナと受信部との組において受信状態が良好な場合である。これは、上述の第１姿勢演算モードの場合である。
　姿勢演算部２４Ａは、全てのアンテナと受信部との組の測位演算結果と搬送波位相とを用いて、姿勢を算出する。この際、姿勢演算部２４Ａは、慣性センサ系角速度が得られていれば、測位演算結果、搬送波位相、および、慣性センサ系角速度を用いた第１統合姿勢演算モードを用いて、姿勢を算出する。
　第１統合姿勢演算モードでは、姿勢演算部２４Ａは、慣性センサ系角速度に含まれるバイアス誤差等も同時に推定され、当該バイアス誤差の影響を抑制するようにしながら、姿勢を算出する。これにより、姿勢計測装置１０Ａは、さらに高精度な姿勢演算を行うことができる。
　（Ｎ＝３の場合）
　この場合は、一部のアンテナと受信部との組において受信状態が不良であり、受信状態の良好な組数が閾値Ｎｔｈ以上の場合である。これは、上述の第２姿勢演算モードの場合である。
　姿勢演算部２４Ａは、受信状態が良好であるアンテナと受信部との組の測位演算結果と搬送波位相とを用いて、姿勢を算出する。この際、姿勢演算部２４Ａは、慣性センサ系角速度が得られていれば、測位演算結果、搬送波位相、および、慣性センサ系角速度を用いた第１統合姿勢演算モードを用いて、姿勢を算出する。
　第２統合姿勢演算モードでは、姿勢演算部２４Ａは、慣性センサ系角速度に含まれるバイアス誤差等も同時に推定され、当該バイアス誤差の影響を抑制するようにしながら、姿勢を算出する。これにより、姿勢計測装置１０Ａは、さらに高精度な姿勢演算を行うことができる。
　なお、この場合、受信状態が不良なアンテナの位置は、どの位置であっても、姿勢演算部２４Ａは、同様の処理を行うことができる。
　（Ｎ＝２の場合）
　この場合、一部のアンテナと受信部との組において受信状態が不良であり、受信状態の良好な組数が閾値Ｎｔｈ未満の場合である。これは、上述の第１姿勢演算モード、第１統合姿勢演算モード、第２姿勢演算モード、および、第２統合姿勢演算モードのいずれにも該当しない場合である。
　姿勢演算部２４Ａは、受信状態が良好であるアンテナと受信部との組の測位演算結果と搬送波位相とを用いて、姿勢を算出する。この際、姿勢演算部２４Ａは、慣性センサ系角速度が得られていれば、測位演算結果、搬送波位相では算出できない姿勢角を、慣性センサ系角速度を用いて算出する。
　より具体的には、船首方向に並ぶ２個のアンテナ（アンテナと受信部との組）で受信状態が不良であれば、姿勢演算部２４Ａは、ロール角φｇを、測位演算結果、搬送波位相で算出できない。この場合、姿勢演算部２４Ａは、慣性センサ系角速度から、ロール角φｉを算出する。これにより、姿勢演算部２４Ａは、直交三軸の姿勢角によって構成される姿勢を算出できる。
　また、姿勢演算部２４Ａは、船首方向に対して直交する方向（右左舷方向）に並ぶ２個のアンテナ（アンテナと受信部との組）で受信状態が不良であれば、ピッチ角θｇを、測位演算結果、搬送波位相で算出できない。この場合、姿勢演算部２４Ａは、慣性センサ系角速度から、ピッチ角θｉを算出する。これにより、姿勢演算部２４Ａは、直交三軸の姿勢角によって構成される姿勢を算出できる。
　また、姿勢演算部２４Ａは、船首方向に並ぶ２列の内、第１列において船首側のアンテナで受信状態が不良であり、船尾側のアンテナで受信状態が良好であり、第２列において船首側のアンテナで受信状態が良好であり、船尾側のアンテナで受信状態が不良であれば、ロール角φｇおよびピッチ角θｇを、測位演算結果、搬送波位相で算出できない。この場合、姿勢演算部２４Ａは、慣性センサ系角速度から、ロール角φｉおよびピッチ角θｉを算出する。これにより、姿勢演算部２４Ａは、直交三軸の姿勢角によって構成される姿勢を算出できる。
　（Ｎ＝１の場合）
　この場合、１個のアンテナと受信部との組を除いて受信状態が不良となる場合である。これは、上述の第１姿勢演算モード、第１統合姿勢演算モード、第２姿勢演算モード、および、第２統合姿勢演算モードのいずれにも該当しない場合であり、第３姿勢演算モードの別処理である。
　このような状況では、慣性センサ系角速度が全て得られていれば、これらを用いて、直交三軸の姿勢角を算出することができる。
　このように、姿勢計測装置１０Ａは、測位演算結果と搬送波位相から、直交三軸の姿勢角の少なくとも一部が算出できなくても、第３姿勢演算モードとして、慣性センサ系角速度を用いて、直交三軸の姿勢角の全てを算出できる。これにより、姿勢計測装置１０Ａは、第２統合姿勢演算モードの条件を満たさなくても、直交三軸の姿勢角の全てを算出できる機会を増やすことができる。
　上述の説明では、演算部２０Ａで実行する処理を、個別の機能部で実行する態様を示した。しかしながら、上述の各処理をプログラム化して記憶媒体等に記憶しておき、コンピュータ等の演算処理装置で実行することで、上記機能を実現してもよい。
　図８は、第２の実施形態に係る姿勢計測方法の第１のフローチャートである。なお、各処理の具体的な内容において、上述の説明と重複する箇所の説明は省略し、以下では、上述されていない箇所のみを説明する。
　まず、演算処理装置は、アンテナ毎の測位演算結果を用いて、アンテナと受信部との組毎の受信状態を推定する（Ｓ１１）。演算処理装置は、全ての組の受信状態が良好であり（Ｓ１２：ＹＥＳ）、慣性センサの出力（例えば角速度）があれば（Ｓ２１：ＹＥＳ）、第１統合姿勢演算モードを行う（Ｓ３１）。演算処理装置は、全ての組の受信状態が良好であり（Ｓ１２：ＹＥＳ）、慣性センサの出力（例えば角速度）がなけば（Ｓ２１：ＮＯ）、第１姿勢演算モードで姿勢演算を行う（Ｓ１３）。
　演算処理装置は、少なくとも一部の組の受信状態が良好でなければ（Ｓ１２：ＮＯ）、受信状態が不良の組数Ｎを検出する。演算処理装置は、受信状態が不良の組数Ｎが閾値Ｎｔｈ以上であり（Ｓ１４：ＹＥＳ）、慣性センサの出力（例えば角速度）があれば（Ｓ２２：ＹＥＳ）、第２統合姿勢演算モードを行う（Ｓ３２）。演算処理装置は、受信状態が不良の組数Ｎが閾値Ｎｔｈ以上であり（Ｓ１４：ＹＥＳ）、慣性センサの出力（例えば角速度）がなければ（Ｓ２２：ＮＯ）、第２姿勢演算モードで姿勢演算を行う（Ｓ１５）。
　演算処理装置は、受信状態が不良の組数Ｎが閾値Ｎｔｈ未満であり（Ｓ１４：ＮＯ）、慣性センサの出力（例えば角速度）があれば（Ｓ２３：ＹＥＳ）、第３姿勢演算モードを行う（Ｓ１７）。演算処理装置は、受信状態が不良の組数Ｎが閾値Ｎｔｈ未満であり（Ｓ１４：ＮＯ）、慣性センサの出力（例えば角速度）がなければ（Ｓ２３：ＮＯ）、エラーメッセージを出力する（Ｓ１６）。
　なお、上述の処理では、統合演算を選択可能な場合を例に説明したが、統合演算は省略することも可能である。
　図９は、第２の実施形態に係る姿勢計測方法の第２のフローチャートである。なお、各処理の具体的な内容において、上述の説明と重複する箇所の説明は省略し、以下では、上述されていない箇所のみを説明する。
　まず、演算処理装置は、アンテナ毎の測位演算結果を用いて、アンテナと受信部との組毎の受信状態を推定する（Ｓ１１）。演算処理装置は、全ての組の受信状態が良好であれば（Ｓ１２：ＹＥＳ）、第１姿勢演算モードで姿勢演算を行う（Ｓ１３）。
　演算処理装置は、少なくとも一部の組の受信状態が良好でなければ（Ｓ１２：ＮＯ）、受信状態が不良の組数Ｎを検出する。演算処理装置は、受信状態が不良の組数Ｎが閾値Ｎｔｈ以上であれば（Ｓ１４：ＹＥＳ）、第２姿勢演算モードで姿勢演算を行う（Ｓ１５）。
　演算処理装置は、受信状態が不良の組数Ｎが閾値Ｎｔｈ未満であり（Ｓ１４：ＮＯ）、慣性センサの出力（例えば角速度）があれば（Ｓ２３：ＹＥＳ）、第３姿勢演算モードを行う（Ｓ１７）。演算処理装置は、受信状態が不良の組数Ｎが閾値Ｎｔｈ未満であり（Ｓ１４：ＮＯ）、慣性センサの出力（例えば角速度）がなければ（Ｓ２３：ＮＯ）、エラーメッセージを出力する（Ｓ１６）。
　（アンテナの配置の派生例）
　上述の説明では、４個のアンテナを正方形に配置する態様を示した。しかしながら、本願発明の姿勢計測装置では、４個以上のアンテナを備え、４本以上の基線ベクトルを設定できる配置であれば、適用可能である。
　図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、アンテナの配置の別態様を示す平面図である。
　図１０（Ａ）に示す構成では、姿勢計測装置は、４個のアンテナ３１－３４を備える。アンテナ３２、アンテナ３３、および、アンテナ３４は、アンテナ３１を中心とする同心円上に配置される。アンテナ３２は、アンテナ３１よりも船首側に配置される。アンテナ３１とアンテナ３２とを結ぶ直線、すなわち、アンテナ３１とアンテナ３２とを結ぶ基線は、船首方向に平行である。アンテナ３３、および、アンテナ３４は、アンテナ３１よりも船尾側に配置される。アンテナ３３、および、アンテナ３４は、アンテナ３１とアンテナ３２とを結ぶ直線上およびその延長線上にはない。アンテナ３３とアンテナ３４とを結ぶ直線は、船首方向に直交する。
　図１０（Ｂ）に示す構成では、姿勢計測装置は、５個のアンテナ３１－３５を備える。４個のアンテナ３１－３４の配置は、上述の図２に示す構成と同様である。この際、図１０（Ｂ）に示す４個のアンテナ３１－３４間の長さは、図２と異なっていてもよい。アンテナ３５は、４個のアンテナ３１－３４によって構成される正方形の中心に配置される。
　これらの構成は、一例であり、上述のアンテナの配置条件を満たせば、他の構成であってもよい。また、上述の各配置は、少なくとも１本の基線ベクトルが船首方向に平行である。このような配置によって、姿勢角の算出処理は、容易になる。ただし、船首方向に平行な基線ベクトルが無くても、本願発明の構成に適用できる。この場合、船首方向と各基線ベクトルとの成す角を予め決めていればよい。
　上述の各実施形態等に示す構成は、適宜組合せが可能であり、それぞれの組合せに応じた作用効果を奏することができる。
１０、１０Ａ：姿勢計測装置
２０、２０Ａ：演算部
２１：測位演算部
２２：受信状態推定部
２３：モード選択部
２４、２４Ａ：姿勢演算部
３１、３２、３３、３４、３５：アンテナ
４１、４２、４３、４４：受信部
５０：慣性センサ
用語
　必ずしも全ての目的または効果・利点が、本明細書中に記載される任意の特定の実施形態に則って達成され得るわけではない。従って、例えば当業者であれば、特定の実施形態は、本明細書中で教示または示唆されるような他の目的または効果・利点を必ずしも達成することなく、本明細書中で教示されるような1つまたは複数の効果・利点を達成または最適化するように動作するように構成され得ることを想到するであろう。
　本明細書中に記載される全ての処理は、1つまたは複数のコンピュータまたはプロセッサを含むコンピューティングシステムによって実行されるソフトウェアコードモジュールにより具現化され、完全に自動化され得る。コードモジュールは、任意のタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体または他のコンピュータ記憶装置に記憶することができる。一部または全ての方法は、専用のコンピュータハードウェアで具現化され得る。
　本明細書中に記載されるもの以外でも、多くの他の変形例があることは、本開示から明らかである。例えば、実施形態に応じて、本明細書中に記載されるアルゴリズムのいずれかの特定の動作、イベント、または機能は、異なるシーケンスで実行することができ、追加、併合、または完全に除外することができる (例えば、記述された全ての行為または事象がアルゴリズムの実行に必要というわけではない)。さらに、特定の実施形態では、動作またはイベントは、例えば、マルチスレッド処理、割り込み処理、または複数のプロセッサまたはプロセッサコアを介して、または他の並列アーキテクチャ上で、逐次ではなく、並列に実行することができる。さらに、異なるタスクまたはプロセスは、一緒に機能し得る異なるマシンおよび/またはコンピューティングシステムによっても実行され得る。
　本明細書中に開示された実施形態に関連して説明された様々な例示的論理ブロックおよびモジュールは、プロセッサなどのマシンによって実施または実行することができる。プロセッサは、マイクロプロセッサであってもよいが、代替的に、プロセッサは、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシン、またはそれらの組み合わせなどであってもよい。プロセッサは、コンピュータ実行可能命令を処理するように構成された電気回路を含むことができる。別の実施形態では、プロセッサは、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、またはコンピュータ実行可能命令を処理することなく論理演算を実行する他のプログラマブルデバイスを含む。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、デジタル信号プロセッサ(デジタル信号処理装置)とマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと組み合わせた1つ以上のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装することができる。本明細書中では、主にデジタル技術に関して説明するが、プロセッサは、主にアナログ素子を含むこともできる。例えば、本明細書中に記載される信号処理アルゴリズムの一部または全部は、アナログ回路またはアナログとデジタルの混合回路により実装することができる。コンピューティング環境は、マイクロプロセッサ、メインフレームコンピュータ、デジタル信号プロセッサ、ポータブルコンピューティングデバイス、デバイスコントローラ、または装置内の計算エンジンに基づくコンピュータシステムを含むが、これらに限定されない任意のタイプのコンピュータシステムを含むことができる。
　特に明記しない限り、「できる」「できた」「だろう」または「可能性がある」などの条件付き言語は、特定の実施形態が特定の特徴、要素および/またはステップを含むが、他の実施形態は含まないことを伝達するために一般に使用される文脈内での意味で理解される。従って、このような条件付き言語は、一般に、特徴、要素および/またはステップが1つ以上の実施形態に必要とされる任意の方法であること、または1つ以上の実施形態が、これらの特徴、要素および/またはステップが任意の特定の実施形態に含まれるか、または実行されるかどうかを決定するための論理を必然的に含むことを意味するという訳ではない。
　語句「X、Y、Zの少なくとも1つ」のような選言的言語は、特に別段の記載がない限り、項目、用語等が X, Y, Z、のいずれか、又はそれらの任意の組み合わせであり得ることを示すために一般的に使用されている文脈で理解される(例: X、Y、Z)。従って、このような選言的言語は、一般的には、特定の実施形態がそれぞれ存在するXの少なくとも1つ、Yの少なくとも1つ、またはZの少なくとも1つ、の各々を必要とすることを意味するものではない。
　本明細書中に記載されかつ/または添付の図面に示されたフロー図における任意のプロセス記述、要素またはブロックは、プロセスにおける特定の論理機能または要素を実装するための1つ以上の実行可能命令を含む、潜在的にモジュール、セグメント、またはコードの一部を表すものとして理解されるべきである。代替の実施形態は、本明細書中に記載された実施形態の範囲内に含まれ、ここでは、要素または機能は、当業者に理解されるように、関連する機能性に応じて、実質的に同時にまたは逆の順序で、図示または説明されたものから削除、順不同で実行され得る。
　特に明示されていない限り、「一つ」のような数詞は、一般的に、1つ以上の記述された項目を含むと解釈されるべきである。従って、「～するように設定された一つのデバイス」などの語句は、1つ以上の列挙されたデバイスを含むことを意図している。このような1つまたは複数の列挙されたデバイスは、記載された引用を実行するように集合的に構成することもできる。例えば、「以下のA、BおよびCを実行するように構成されたプロセッサ」は、Aを実行するように構成された第1のプロセッサと、BおよびCを実行するように構成された第2のプロセッサとを含むことができる。加えて、導入された実施例の具体的な数の列挙が明示的に列挙されたとしても、当業者は、このような列挙が典型的には少なくとも列挙された数(例えば、他の修飾語を用いない「2つの列挙と」の単なる列挙は、通常、少なくとも2つの列挙、または2つ以上の列挙を意味する)を意味すると解釈されるべきである。
　一般に、本明細書中で使用される用語は、一般に、「非限定」用語(例えば、「～を含む」という用語は「それだけでなく、少なくとも～を含む」と解釈すべきであり、「～を持つ」という用語は「少なくとも～を持っている」と解釈すべきであり、「含む」という用語は「以下を含むが、これらに限定されない。」などと解釈すべきである。) を意図していると、当業者には判断される。
　説明の目的のために、本明細書中で使用される「水平」という用語は、その方向に関係なく、説明されるシステムが使用される領域の床の平面または表面に平行な平面、または説明される方法が実施される平面として定義される。「床」という用語は、「地面」または「水面」という用語と置き換えることができる。「垂直/鉛直」という用語は、定義された水平線に垂直/鉛直な方向を指します。「上側」「下側」「下」「上」「側面」「より高く」「より低く」「上の方に」「～を越えて」「下の」などの用語は水平面に対して定義されている。
　本明細書中で使用される用語の「付着する」、「接続する」、「対になる」及び他の関連用語は、別段の注記がない限り、取り外し可能、移動可能、固定、調節可能、及び/または、取り外し可能な接続または連結を含むと解釈されるべきである。接続/連結は、直接接続及び/または説明した2つの構成要素間の中間構造を有する接続を含む。
　特に明示されていない限り、本明細書中で使用される、「およそ」、「約」、および「実質的に」のような用語が先行する数は、列挙された数を含み、また、さらに所望の機能を実行するか、または所望の結果を達成する、記載された量に近い量を表す。例えば、「およそ」、「約」及び「実質的に」とは、特に明示されていない限り、記載された数値の10%未満の値をいう。本明細書中で使用されているように、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語が先行して開示されている実施形態の特徴は、さらに所望の機能を実行するか、またはその特徴について所望の結果を達成するいくつかの可変性を有する特徴を表す。
　上述した実施形態には、多くの変形例および修正例を加えることができ、それらの要素は、他の許容可能な例の中にあるものとして理解されるべきである。そのような全ての修正および変形は、本開示の範囲内に含まれることを意図し、以下の請求の範囲によって保護される。

Claims (18)

  1. 　それぞれに測位信号を受信して受信信号を出力する、４個以上からなる複数のアンテナと、
    　前記複数のアンテナ毎に設けられ、前記受信信号に基づいた搬送波位相を含む測位用データを出力する受信部と、
    　前記測位用データの受信状態の良悪を推定する受信状態推定部と、
    　４個以上の前記受信状態の良好な測位用データを用いる第１姿勢演算モードと、３個以下の前記受信状態の良好な測位用データを用いる第２姿勢演算モードと、を選択するモード選択部と、
    　選択した姿勢演算モードを用いて、姿勢を演算する姿勢演算部と、
    　を備える、姿勢計測装置。
  2. 　請求項１に記載の姿勢計測装置であって、
    　三次元の姿勢角を計測し、慣性姿勢角を出力する慣性センサを備え、
    　前記姿勢演算部は、前記測位用データと前記慣性姿勢角とを用いて、前記姿勢を演算する、
    　姿勢計測装置。
  3. 　請求項２に記載の姿勢計測装置であって、
    　前記モード選択部は、
    　２個以下の前記受信状態の良好な測位用データを用いる第３姿勢演算モードを、さらに有し、
    　前記受信状態の良好な測位用データが３個の場合、前記第２姿勢演算モードを選択し、
    　前記受信状態の良好な測位用データが２個以下の場合、前記第３姿勢演算モードを選択する、
    　姿勢計測装置。
  4. 　請求項３に記載の姿勢計測装置であって、
    　前記姿勢演算部は、
    　　前記第３姿勢演算モードが選択され、１個の前記受信状態の良好な測位用データしか得ていない場合、前記慣性姿勢角のみを用いて姿勢を演算する、
    　姿勢計測装置。
  5. 　請求項３または請求項４に記載の姿勢計測装置であって、
    　前記姿勢演算部は、
    　　前記第３姿勢演算モードが選択され、２個の前記受信状態の良好な測位用データを得た場合、前記２個のアンテナの配置に基づく前記測位用データによる姿勢角を補完する前記慣性姿勢角を用いて姿勢を演算する、
    　姿勢計測装置。
  6. 　請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の姿勢計測装置であって、
    　前記受信状態推定部は、前記測位用データから算出した単独測位結果、または、前記搬送波位相の検出結果を用いて、前記受信状態を推定する、
    　姿勢計測装置。
  7. 　４個以上からなる複数のアンテナで、それぞれに測位信号を受信して受信信号を出力し、
    　前記複数のアンテナの前記受信信号毎に、前記受信信号に基づいた搬送波位相を含む測位用データを出力し、
    　前記測位用データの受信状態の良悪を推定し、
    　４個以上の前記受信状態の良好な測位用データを用いる第１姿勢演算モードと、３個以下の前記受信状態の良好な測位用データを用いる第２姿勢演算モードと、を選択し、
    　選択した姿勢演算モードを用いて、姿勢を演算する、
    　姿勢計測方法。
  8. 　請求項７に記載の姿勢計測方法であって、
    　慣性センサによって、三次元の姿勢角を計測し、慣性姿勢角を出力し、
    　前記測位用データと前記慣性姿勢角とを用いて、前記姿勢を演算する、
    　姿勢計測方法。
  9. 　請求項８に記載の姿勢計測方法であって、
    　２個以下の前記受信状態の良好な測位用データを用いる第３姿勢演算モードを、さらに有し、
    　前記受信状態の良好な測位用データが３個の場合、前記第２姿勢演算モードを選択し、
    　前記受信状態の良好な測位用データが２個以下の場合、前記第３姿勢演算モードを選択する、
    　姿勢計測方法。
  10. 　請求項９に記載の姿勢計測方法であって、
    　前記第３姿勢演算モードが選択され、１個の前記受信状態の良好な測位用データしか得ていない場合、前記慣性姿勢角のみを用いて姿勢を演算する、
    　姿勢計測方法。
  11. 　請求項９または請求項１０に記載の姿勢計測方法であって、
    　前記第３姿勢演算モードが選択され、２個の前記受信状態の良好な測位用データを得た場合、前記２個のアンテナの配置に基づく前記測位信号による姿勢角を補完する前記慣性姿勢角を用いて姿勢を演算する、
    　姿勢計測方法。
  12. 　請求項７乃至請求項１１のいずれかに記載の姿勢計測方法であって、
    　前記測位用データから算出した単独測位結果または前記搬送波位相の検出結果を用いて、前記受信状態を推定する、
    　姿勢計測方法。
  13. 　４個以上からなる複数のアンテナで、それぞれに測位信号を受信して受信信号を出力し、
    　前記複数のアンテナの前記受信信号毎に、前記受信信号に基づいた搬送波位相を含む複数の測位用データを出力し、
    　前記測位用データの受信状態の良悪を推定し、
    　４個以上の前記受信状態の良好な測位用データを用いる第１姿勢演算モードと、３個以下の前記受信状態の良好な測位用データを用いる第２姿勢演算モードと、を選択し、
    　選択した姿勢演算モードを用いて、姿勢を演算する、
    　処理を演算処理装置に実行させる、姿勢計測プログラム。
  14. 　請求項１３に記載の姿勢計測プログラムであって、
    　慣性センサによって、三次元の姿勢角を計測し、慣性姿勢角を出力し、
    　前記測位用データと前記慣性姿勢角とを用いて、前記姿勢を演算する、
    　処理を演算処理装置に実行させる、姿勢計測プログラム。
  15. 　請求項１４に記載の姿勢計測プログラムであって、
    　２個以下の前記受信状態の良好な測位用データを用いる第３姿勢演算モードを、さらに有し、
    　前記受信状態の良好な測位用データが３個の場合、前記第２姿勢演算モードを選択し、
    　前記受信状態の良好な測位用データが２個以下の場合、前記第３姿勢演算モードを選択する、
    　処理を演算処理装置に実行させる、姿勢計測プログラム。
  16. 　請求項１５に記載の姿勢計測プログラムであって、
    　前記第３姿勢演算モードが選択され、１個の前記受信状態の良好な測位用データを得ていない場合、前記慣性姿勢角のみを用いて姿勢を演算する、
    　処理を演算処理装置に実行させる、姿勢計測プログラム。
  17. 　請求項１５または請求項１６に記載の姿勢計測プログラムであって、
    　前記第３姿勢演算モードが選択され、２個の前記受信状態の良好な測位用データを得た場合、前記２個のアンテナの配置に基づく前記測位信号による姿勢角を補完する前記慣性姿勢角を用いて姿勢を演算する、
    　処理を演算処理装置に実行させる、姿勢計測プログラム。
  18. 　請求項１３乃至請求項１７のいずれかに記載の姿勢計測プログラムであって、
    　前記測位用データから算出した単独測位結果または前記搬送波位相の検出結果を用いて、前記受信状態を推定する、
    　処理を演算処理装置に実行させる、姿勢計測プログラム。
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