WO2021059346A1 - 測位システム、機器、サーバ装置、測位方法及びプログラム - Google Patents

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WO2021059346A1
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positioning
server device
signal
gnss
gnss receiver
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PCT/JP2019/037359
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誠史 吉田
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日本電信電話株式会社
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    • G01S19/42Determining position
    • G01S19/43Determining position using carrier phase measurements, e.g. kinematic positioning; using long or short baseline interferometry

Definitions

  • the present invention relates to a positioning system, an apparatus, a server device, a positioning method and a program.
  • a GNSS receiver or the like is known as a device or device that performs positioning and time synchronization by receiving a navigation satellite signal from a GNSS (Global Navigation Satellite System) satellite by radio waves.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • a positioning method using a navigation satellite signal there are a code positioning method, a carrier phase positioning (interference positioning) method, and the like, and it is known that the carrier phase positioning method can perform positioning with higher accuracy than the code positioning method. ing.
  • a method for reducing the decrease in positioning accuracy due to the influence of multipath is known (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • GNSS receiver that supports carrier positioning is often more expensive than a GNSS receiver that can only perform code positioning. Therefore, when it is desired to realize highly accurate positioning, the cost of the GNSS receiver tends to be high.
  • the carrier phase positioning is calculated by a server or the like connected to the GNSS receiver via a communication network, highly accurate positioning can be realized even with a low-cost GNSS receiver.
  • the GNSS receiver that performs carrier phase positioning increases power consumption due to arithmetic processing, and has a problem in application to applications that require power saving operation such as equipment maintenance of bridge equipment.
  • One embodiment of the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to realize highly accurate positioning.
  • the positioning system is a positioning system including a device for receiving a signal from a GNSS satellite and a server device connected to the device via a communication network.
  • the device has a first transmission means for transmitting information represented by the signal to the server device, and a first positioning means for positioning the device using the information represented by the signal.
  • the server device is characterized by having a second positioning means for positioning the device by using the information represented by the signal received from the device.
  • the GNSS receiver receives signals from at least four GNSS satellites and is mounted on the three-dimensional position information (x, y, z) and time information t (more accurately, the GNSS satellite).
  • position information x, y, z
  • time information t more accurately, the GNSS satellite.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the overall configuration of the positioning system 1 according to the first embodiment.
  • the positioning system 1 includes one or more GNSS receivers 10 and a server device 20.
  • Each GNSS receiver 10 and the server device 20 are communicably connected via a communication means 30 including a communication network such as a mobile phone network or the Internet.
  • the GNSS receiver 10 and the server device 20 may be installed on-premises, that is, at the same base.
  • the GNSS receiver 10 is a device capable of receiving a navigation satellite signal by the GNSS antenna 40 and performing positioning and time synchronization.
  • the positioning method corresponds to the code positioning method and the carrier phase positioning (interference positioning) method.
  • the GNSS receiver 10 may be carried by an arbitrary moving body (vehicle, person, etc.), or may be used in a stationary state such as surveying or machine guidance of a device.
  • the GNSS receiver 10 receives a navigation satellite signal (hereinafter, also referred to as a “GNSS satellite signal”) from a GNSS satellite every predetermined time width (for example, every second) by radio waves to perform positioning.
  • the GNSS receiver 10 transmits observation data or data called Raw data (raw data) obtained as a result of pseudo-distance and carrier phase measurement obtained by assuming positioning calculation processing to the server device 20 via the communication means 30.
  • the server device 20 can also perform positioning calculation processing corresponding to the code positioning method and the carrier phase positioning (interference positioning) method.
  • the communication means 30 is a means that enables data communication such as serial communication, and includes wireless communication such as mobile communication, WiFi, and specified low power wireless, as well as wired communication such as Ethernet and IP (Internet Protocol) network.
  • the observation data may be sequentially (real-time) transmitted from the GNSS receiver 10 to the server device 20 in a format such as RTCM (Radio Technical Commission For Maritime Services), or the data is temporarily stored in the GNSS receiver 10.
  • RTCM Radio Technical Commission For Maritime Services
  • RINEX Receiveiver Independent Exchange
  • the GNSS receiver 10 includes smartphones, tablet terminals, in-vehicle devices, wearable devices, and portable game devices in which application programs that realize the functions of GNSS receivers are installed. And so on.
  • the server device 20 is a computer or a computer system that performs positioning of the GNSS receiver 10 by using observation data or the like received from the GNSS receiver 10.
  • the overall configuration of the positioning system 1 shown in FIG. 1 is an example, and may be another configuration.
  • the positioning system 1 according to the present embodiment may include a plurality of server devices 20.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the GNSS receiver 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the server device 20 according to the first embodiment.
  • the GNSS receiver 10 includes an RF circuit 11, a baseband processing circuit 12, a communication I / F 13, a memory device 14, and a processor 15.
  • the RF circuit 11 is connected to the GNSS antenna 40 by a coaxial cable or the like.
  • the RF circuit 11 is a circuit for performing signal processing such as amplification, filtering, and frequency down-conversion of the navigation satellite signal received by the GNSS antenna 40.
  • the baseband processing circuit 12 is a circuit for performing correlation signal processing and pseudo-distance measurement.
  • the communication I / F 13 is an interface for communicating with the server device 20 via the communication means 30.
  • the memory device 14 is various storage devices such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), and flash memory, and stores setting contents, satellite orbit data such as Ephemeris and Armanac, and observation data.
  • the processor 16 is various arithmetic units such as a CPU (Central Processing Unit) and an MPU (Micro Processing Unit).
  • the GNSS receiver 10 according to the present embodiment can realize various processes described later.
  • the hardware configuration shown in FIG. 2 is an example, and the GNSS receiver 10 according to the present embodiment may have another hardware configuration.
  • the GNSS receiver 10 according to the present embodiment may have an external recording medium, an input device for setting, a display device for checking the state, and the like.
  • some functions may be realized by a programmable logic device such as FPGA (Field-Programmable Gate Array) or software.
  • the server device 20 includes a communication I / F 21, a processor 22, and a memory device 23.
  • the communication I / F 21 is an interface for connecting the server device 20 to the communication means 30.
  • the memory device 23 is various storage devices such as a RAM, a ROM, a flash memory, an HDD (Hard Disk Drive), and an SSD (Solid State Drive).
  • the processor 22 is, for example, various arithmetic units such as a CPU and a GPU (Graphics Processing Unit).
  • the server device 20 according to the present embodiment can realize various processes described later.
  • the hardware configuration shown in FIG. 3 is an example, and the server device 20 according to the present embodiment may have another hardware configuration.
  • the server device 20 according to the present embodiment may have a plurality of processors 22 or a plurality of memory devices 23.
  • the server device 20 may have an external recording medium, an input device for setting, a display device for checking the status, and the like.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the functional configuration of the positioning system 1 according to the first embodiment.
  • the GNSS receiver 10 includes a GNSS receiving unit 101, a determination unit 102, a positioning unit 103, and a communication unit 104.
  • a GNSS receiving unit 101 receives a GNSS signal from the base station 15 and a GNSS signal from the base station 16.
  • a determination unit 102 determines whether a GNSS signal is mapped to the base station.
  • a positioning unit 103 determines whether a positioning unit 103 and a communication unit 104.
  • a communication unit 104 includes a GNSS communication unit 104.
  • Each of these parts is realized, for example, by a process in which one or more programs stored in the memory device 14 are executed by the processor 15.
  • the GNSS receiver 10 has a storage unit 105.
  • the storage unit 105 can be realized by using, for example, the memory device 14.
  • the GNSS receiving unit 101 receives the GNSS satellite signal by radio waves every predetermined time width (for example, every second).
  • the GNSS receiving unit 101 generally receives GNSS satellite signals from a plurality of GNSS satellites (for example, four or more GNSS satellites) by radio waves.
  • the determination unit 102 performs positioning based on the navigation satellite signal received by the positioning subject (that is, the GNSS receiver 10 which is the positioning target) according to the reception environment of the radio wave from the GNSS satellite, or the GNSS receiver 10. Which of the server devices 20 to perform) is determined.
  • the positioning unit 103 obtains observation data obtained by signal processing of the GNSS satellite signal received by the GNSS receiver 101 (this observation data is "raw".
  • the GNSS receiver 10 is positioned by, for example, code positioning using "data” or the like.
  • the positioning result by the positioning unit 103 is stored in, for example, the storage unit 105.
  • the positioning unit 103 may perform positioning of the GNSS receiver 10 by carrier phase positioning.
  • the communication unit 104 transmits the observation data and the like to the server device 20. At this time, the communication unit 104 transmits the observation data to the server device 20 in, for example, the RTCM format. That is, for example, the communication unit 104 always transmits the observation data to the server device 20 without storing the observation data in the storage unit 105 or the like.
  • the communication unit 104 provides various information (for example, reception intensity, SN (signal-noise) ratio, CN (carrier-noise) ratio, etc.) indicating the reception state of the GNSS receiver 10 as a server device. It may be transmitted to 20.
  • various information indicating the reception status will be referred to as "reception status information", and when it is described as "observation data, etc.”, various information such as reception status information may be included in addition to the observation data. ..
  • the communication unit 104 may transmit the observation data to the server device 20 (without storing it in the storage unit 105 or the like) only when the determination unit 102 determines that the positioning subject is the server device 20. In this case, the communication load between the GNSS receiver 10 and the server device 20 is reduced.
  • the communication unit 104 transmits a positioning instruction to the server device 20. Further, when the positioning result is transmitted from the server device 20, the communication unit 104 receives the positioning result. At this time, the communication unit 104 receives the positioning result from the server device 20 in the RTCM format or the like, for example.
  • the storage unit 105 stores various information (for example, the positioning result measured by the positioning unit 103, the positioning result transmitted from the server device 20, etc.).
  • the server device 20 has a communication unit 201 and a positioning unit 202. Each of these parts is realized, for example, by a process in which one or more programs stored in the memory device 23 are executed by the processor 22.
  • the server device 20 has a storage unit 203.
  • the storage unit 203 can be realized by using, for example, the memory device 23.
  • the communication unit 201 receives the observation data and the like transmitted from the GNSS receiver 10 and receives the positioning instruction. Further, the communication unit 201 transmits the positioning result by the positioning unit 202 to the GNSS receiver 10.
  • the positioning unit 202 uses the observation data or the like received by the communication unit 201 to perform positioning of the GNSS receiver 10 by, for example, carrier phase positioning.
  • the storage unit 203 stores various information (for example, the positioning result measured by the positioning unit 202).
  • the storage unit 203 may store the positioning result by the positioning unit 202, and when the server device 20 collects the position information and the time information of the GNSS receiver 10, the positioning is further performed by the GNSS receiver 10.
  • the positioning result may be stored.
  • FIG. 5 is a sequence diagram showing an example of the positioning process according to the first embodiment.
  • the GNSS receiver 101 of the GNSS receiver 10 receives the GNSS satellite signal by radio waves every predetermined time width (for example, every 1 second) (step S101).
  • the communication unit 104 of the GNSS receiver 10 transmits the observation data and the like to the server device 20 (step S102).
  • the determination unit 102 of the GNSS receiver 10 determines whether the positioning subject is the GNSS receiver 10 or the server device 20 (step S103). For example, the determination unit 102 determines that the positioning subject is the GNSS receiver 10 when the GNSS satellite signal reception environment is an open sky environment, and the positioning subject is the server device 20 when the reception environment is an urban canyon environment.
  • the open sky environment is a reception environment in which there are no structures or trees such as buildings around the reception position
  • the urban canyon environment is a reception environment in which there are structures or trees such as buildings around the reception position. It's the environment.
  • GNSS satellites In an urban canyon environment, unlike an open sky environment, the number of GNSS satellites (hereinafter, also referred to as “visible satellites”) that can receive radio waves as direct waves may be limited, so positioning accuracy generally decreases. Sometimes. Therefore, in the case of an urban canyon environment, more accurate positioning can be realized by positioning by carrier phase positioning with the server device 20.
  • whether the reception environment of the GNSS satellite signal is an open sky environment or an urban canyon environment is determined by, for example, either of the following determination method 1 or determination method 2 (or a combination of determination method 1 and determination method 2). ).
  • Judgment method 1 Among the GNSS satellite signals received by the GNSS receiving unit 101, the reception environment is an open sky environment or an urban canyon environment using the ratio of the GNSS satellite signals whose SN ratio is equal to or higher than a predetermined first threshold value. Which of the above is determined. At this time, if the ratio is equal to or higher than a predetermined second threshold value, it may be determined to be an open sky environment, otherwise it may be determined to be an urban canyon environment. This is because the number of GNSS satellite signals received as direct waves is larger in the open sky environment than in the urban canyon environment, and the GNSS satellite signals received as direct waves are reflected by structures such as buildings. This is because the SN ratio is often relatively large as compared with the diffracted GNSS satellite signal. The CN ratio (carrier-to-noise ratio) may be used instead of the SN ratio.
  • the CN ratio carrier-to-noise ratio
  • -Judgment method 2 Immediately preceding positioning result (for example, positioning result measured one second ago) or positioning result during a predetermined time width in the past (for example, positioning result measured in the past several minutes) Determines whether the reception environment is an open sky environment or an urban canyon environment, depending on the area to which the member belongs.
  • the area is associated with information indicating that the area is either an open sky environment or an urban canyon environment (hereinafter, this information is also referred to as "environment type information”) for each time.
  • an arbitrary two-dimensional area or three-dimensional area such as a geographical section may be set as an area.
  • the receiving environment is an open sky environment or an urban canyon environment based on the environment type information associated with the area to which the immediately preceding positioning result or the positioning result during the past predetermined time width belongs. do it.
  • whether the environment type information indicates an open sky environment or an urban canyon environment may be determined, for example, by ray tracing simulation using a GNSS satellite signal simulator. Alternatively, it may be determined based on actual data showing past positioning results and the like in the area. In addition to such ray tracing simulations and decisions based on actual data (that is, decisions based on evidence such as simulation results and actual results), either an open sky environment or an urban canyon environment can be arbitrarily determined at the user's discretion. May be good. In addition, actual data showing past positioning results of various positioning targets may be collected by, for example, crowdsourcing.
  • GNSS satellite orbit information eg, almanac, ephemeris, etc.
  • geospatial information in the corresponding area eg, structure information.
  • the area is in the open sky environment or the open sky environment at each time.
  • FIX solution convergence solution
  • the ratio of the FIX solution obtained in the area is calculated for each predetermined time width, and these By comparing the ratio with a predetermined third threshold, it may be determined whether the area is an open sky environment or an urban canyon environment at each time in the corresponding time width.
  • the actual positioning result is obtained from the road for each predetermined time width.
  • the ratio of distances of a predetermined distance or more with a predetermined fourth threshold value, it is sufficient to determine whether the area is an open sky environment or an urban canyon environment at each time in the corresponding time width. .. This is because vehicles and pedestrians run or walk on the road, but the accuracy of position information decreases in the urban canyon environment, and there is an error between the actual position of the vehicle or pedestrian and the position indicated by the positioning result. This is because
  • step S103 When it is determined in step S103 that the positioning subject is the GNSS receiver 10, the positioning unit 103 of the GNSS receiver 10 obtains observation data obtained by signal processing of the GNSS satellite signal received in step S101. For example, positioning of the GNSS receiver 10 which is a positioning target is performed by code positioning (step S104). The positioning result by the positioning unit 103 is stored in, for example, the storage unit 105.
  • step S105 when it is determined in step S103 above that the positioning subject is the server device 20, the communication unit 104 of the GNSS receiver 10 transmits a positioning instruction to the server device 20 (step S105).
  • the positioning unit 202 of the server device 20 receives the positioning instruction by the communication unit 201, the positioning unit 202 receives the GNSS which is the positioning target by, for example, carrier phase positioning, using the observation data or the like transmitted from the GNSS receiver 10 in the above step S102. Positioning of the machine 10 is performed (step S106). At this time, a propagation delay occurs due to the transmission of the observation data from the GNSS receiver 10 to the server device 20, but the time offset value is affected in the positioning calculation in the server device 20, but the positioning accuracy is not affected.
  • the positioning unit 202 may, for example, perform positioning by code positioning using observation data or the like, and then perform positioning by carrier phase positioning using the positioning result of this code positioning as initial coordinates.
  • the communication unit 201 of the server device 20 transmits the positioning result (that is, four parameters (x, y, z)) of the above step S106 to the GNSS receiver 10 (step S107).
  • the position of the GNSS receiver 10 is positioned.
  • the above step S107 does not necessarily have to be executed (that is, the positioning result of the server device 20 does not have to be transmitted to the GNSS receiver 10).
  • FIG. 6 is a sequence diagram showing another example of the positioning process according to the first embodiment. As described above, in this case, the communication load between the GNSS receiver 10 and the server device 20 is reduced.
  • the GNSS receiver 101 of the GNSS receiver 10 receives the GNSS satellite signal by radio waves every predetermined time width (for example, every 1 second) (step S201).
  • the determination unit 102 of the GNSS receiver 10 determines whether the positioning subject is the GNSS receiver 10 or the server device 20 (step S202), as in step S103 of FIG.
  • step S202 When it is determined in step S202 that the positioning subject is the GNSS receiver 10, the positioning unit 103 of the GNSS receiver 10 uses observation data or the like to use the GNSS receiver as in step S104 of FIG. Positioning of 10 is performed (step S203).
  • step S202 when it is determined in step S202 that the positioning subject is the server device 20, the communication unit 104 of the GNSS receiver 10 transmits the observation data and the like to the server device 20 (step S204). At this time, the communication unit 104 may transmit the positioning instruction to the server device 20 together with the observation data and the like.
  • the GNSS receiver 10 which is a positioning target by, for example, carrier phase positioning is used by using the observation data or the like as in step S106 of FIG. Positioning (step S205).
  • step S206 the communication unit 201 of the server device 20 transmits the positioning result of the above step S205 to the GNSS receiver 10 (step S206) in the same manner as in step S107 of FIG. Note that step S206 does not necessarily have to be executed.
  • the positioning unit 202 has a positioning target (that is, the GNSS receiver 10) before performing positioning by, for example, carrier phase positioning.
  • a region hereinafter, this region is also referred to as a “candidate region”.
  • the positioning unit 202 identifies the attribute of the positioning target (for example, either a vehicle or a pedestrian) from the temporal change of the past positioning result of the positioning target, for example. Then, the positioning unit 202 identifies a part of the road area specified from these past positioning results as a candidate area by using the past positioning results and the geospatial information according to the specified attributes. That is, when the attribute of the positioning target is a vehicle, the positioning unit 202 is among the roadways of the road specified from the past positioning results (that is, the road specified as the vehicle is traveling). The roadway on the traveling direction side of the vehicle is specified as a candidate area.
  • the attribute of the positioning target for example, either a vehicle or a pedestrian
  • the positioning unit 202 identifies a part of the road area specified from these past positioning results as a candidate area by using the past positioning results and the geospatial information according to the specified attributes. That is, when the attribute of the positioning target is a vehicle, the positioning unit 202 is among the roadways of the road specified from
  • the positioning unit 202 can select a sidewalk of a road specified from past positioning results (that is, a road specified to be walking by the pedestrian). Specify as an area.
  • the link information included in the road network information is compared with the past positioning result (that is, the past position information). It is possible to specify with.
  • the roadway or sidewalk of the road may be specified from the link information when the information indicating the range of the roadway or sidewalk is included in the link information, or information modeling the road (for example, a road). 2D or 3D data, etc.) may be specified.
  • the road network information and the information modeling the road may be acquired from, for example, an external system.
  • FIG. 7 shows a case where the roadway on the traveling direction side of the vehicle to be positioned is specified as a candidate area among the roadways of the road.
  • the attributes of the positioning target are not limited to vehicles or pedestrians, and the attributes may include, for example, bicycles, motorcycles, construction machinery, agricultural machinery, and the like.
  • the positioning unit 202 may determine the validity of the positioning result after positioning the positioning target. For example, the positioning unit 202 determines the validity of the positioning result of the code positioning after positioning the positioning target by the code positioning using the observation data or the like, and then determines that the positioning result of the code positioning is appropriate. Only in this case, the positioning target may be positioned by carrier phase positioning using the positioning result of code positioning as the initial coordinates. This makes it possible to realize more accurate positioning.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining an example of validity determination of a positioning result using geospatial information. Hereinafter, a case of determining the validity of the positioning result of the code positioning will be described.
  • the positioning unit 202 first uses the positioning result of code positioning, geospatial information, and orbit information of the GNSS satellite, and the position indicated by the positioning result by the GNSS satellite signal simulator. Performs a ray-trace simulation at the relevant time to determine the LOS (Line Of Sight) / NLOS (Non Line Of Sight) type of the GNSS satellite at the relevant position and time. Then, the positioning unit 202 compares the information indicating these LOS / NLOS types with the reception status information (SN ratio, CN ratio, etc.) received from the GNSS receiver 10, and the positioning result of the code positioning is valid. Judge the sex.
  • the radio wave from this GNSS satellite is received by the GNSS receiver 10 as a direct wave, so that it is compared with the case where the LOS / NLOS type is "NLOS". ,
  • the SN ratio (or CN ratio) becomes large. Therefore, in the positioning unit 202, for example, the SN ratio (or CN ratio) of the GNSS satellite signal corresponding to the GNSS satellite whose LOS / NLOS type is "LOS" is relatively large, and the LOS / NLOS type.
  • the positioning unit 202 first uses the positioning result of the code positioning, the geospatial information, and the orbit information of the GNSS satellite, and the positioning result by the GNSS satellite signal simulator. Outputs a pseudo GNSS satellite signal received at the corresponding time at the position indicated by. This pseudo GNSS satellite signal is also referred to as a "GNSS pseudo signal”.
  • the positioning unit 202 receives observation data obtained by inputting a GNSS pseudo signal to the GNSS receiver included in the server device 20 (hereinafter, also referred to as “pseudo observation data”) and observation data received from the GNSS receiver 10. (Hereinafter, it is also referred to as "actual observation data”) to determine the validity of the positioning result of the code positioning.
  • This makes it possible to determine the validity more precisely, including the occurrence status of multipath. For example, in the positioning unit 202, when multipath is generated in the simulated observation data while multipath is generated in the actual observation data, or while multipath is generated in the actual observation data. If multipath does not occur in the simulated observation data, it may be determined that the positioning result of the code positioning is not appropriate.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the functional configuration of the positioning system 1 according to the second embodiment.
  • the GNSS receiver 10 does not have the determination unit 102 unlike the first embodiment.
  • the server device 20 has a determination unit 204.
  • the determination unit 204 determines the positioning subject from the observation data or the like transmitted from the GNSS receiver 10. That is, the determination unit 204 determines the positioning subject according to the reception environment of the radio wave in the GNSS receiver 10.
  • FIG. 10 is a sequence diagram showing an example of the positioning process according to the second embodiment.
  • the GNSS receiver 101 of the GNSS receiver 10 receives the GNSS satellite signal by radio waves every predetermined time width (for example, every 1 second) (step S301).
  • the communication unit 104 of the GNSS receiver 10 transmits the observation data and the like to the server device 20 (step S302).
  • the determination unit 204 of the server device 20 determines whether the positioning subject is the GNSS receiver 10 or the server device 20 (step S303). As the determination method, the same method as in step S103 of FIG. 5 may be used.
  • step S303 When it is determined in step S303 above that the positioning subject is the GNSS receiver 10, the communication unit 201 of the server device 20 transmits a positioning instruction to the GNSS receiver 10 (step S304).
  • the positioning unit 103 of the GNSS receiver 10 uses the observation data obtained by the signal processing of the GNSS satellite signal received in the above step S301 to perform positioning by, for example, code positioning. Positioning of the target GNSS receiver 10 is performed (step S305).
  • step S303 when it is determined in step S303 that the positioning subject is the server device 20, the positioning unit 202 of the server device 20 uses the observation data or the like transmitted from the GNSS receiver 10 in step S302. Then, for example, positioning of the GNSS receiver 10 which is a positioning target is performed by carrier phase positioning (step S306).
  • step S307 does not necessarily have to be executed.
  • the third embodiment positioning by carrier phase positioning is started by both the GNSS receiver 10 and the server device 20, and the positioning result is acquired from the server device 20 when the FIX solution cannot be obtained by the GNSS receiver 10. The case of doing so will be described.
  • the differences from the first embodiment will be mainly described, and the same components as those in the first embodiment are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. ..
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of the functional configuration of the positioning system 1 according to the third embodiment.
  • the GNSS receiver 10 does not have the determination unit 102. Further, the positioning unit 103 according to the present embodiment positions the GNSS receiver 10 by carrier phase positioning using observation data or the like.
  • FIG. 12 is a sequence diagram showing an example of the positioning process according to the second embodiment.
  • the GNSS receiver 101 of the GNSS receiver 10 receives the GNSS satellite signal by radio waves every predetermined time width (for example, every 1 second) (step S401).
  • the communication unit 104 of the GNSS receiver 10 transmits the observation data and the like obtained by the signal processing of the GNSS satellite signal received in the above step S401 to the server device 20 (step S402).
  • the positioning unit 103 of the GNSS receiver 10 uses observation data and the like to perform positioning of the GNSS receiver 10 which is a positioning target by carrier phase positioning (step S403).
  • the positioning unit 202 of the server device 20 receives the observation data or the like by the communication unit 201, the positioning unit 202 performs positioning of the GNSS receiver 10 which is the positioning target by the carrier wave phase positioning using these observation data or the like (step S404). ).
  • the positioning unit 202 may, for example, position the positioning target by code positioning using observation data or the like, and then position the positioning target by carrier phase positioning using the positioning result of this code positioning as the initial coordinates.
  • the communication unit 104 of the GNSS receiver 10 transmits a transmission request for the positioning result to the server device 20 (step S405).
  • the communication unit 201 of the server device 20 Upon receiving the positioning result transmission request, the communication unit 201 of the server device 20 transmits the positioning result of the carrier phase phase positioning in step S404 to the GNSS receiver 10 (step S406). As a result, the positioning of the position of the GNSS receiver 10 and the synchronization of the time are performed. As described above, in the present embodiment, when the carrier wave phase positioning is performed by both the GNSS receiver 10 and the server device 20 and the FIX solution cannot be obtained by the GNSS receiver 10, the server device 20 obtains the carrier wave phase positioning. The positioning result is transmitted to the GNSS receiver 10. Therefore, in the positioning system 1 according to the present embodiment, when the carrier wave phase positioning is possible even with the GNSS receiver 10, it is possible to efficiently perform highly accurate positioning.
  • the LOS / NLOS type of each GNSS satellite is determined according to the reception environment, reception time, and the like.
  • Radio waves from GNSS satellites whose LOS / NLOS type is "LOS” can be received as direct waves, and are also called visible satellites.
  • radio waves from GNSS satellites whose LOS / NLOS type is "NLOS” may be received with reflection or diffraction, and are also called invisible satellites. For example, in an urban canyon environment where visible satellites and invisible satellites coexist, multipath occurs, so positioning accuracy deteriorates.
  • the fourth embodiment a case where the GNSS satellite signal is selected by the server device 20 and then the positioning is performed by the GNSS receiver 10 using the selection result will be described.
  • the differences from the first embodiment will be mainly described, and the same components as those in the first embodiment are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. ..
  • the present embodiment there is a structure that blocks the propagation of the GNSS satellite signal around the GNSS receiver 10, regardless of whether the GNSS satellite signal is from a visible satellite or the GNSS satellite signal from an invisible satellite.
  • GNSS satellite signals from four or more GNSS satellites can be received.
  • the GNSS receiver 10 that has received the GNSS satellite signal cannot know whether the GNSS satellite signal is a signal from a visible satellite or a signal from an invisible satellite.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of the functional configuration of the positioning system 1 according to the fourth embodiment.
  • the GNSS receiver 10 does not have the determination unit 102 unlike the first embodiment.
  • the server device 20 has a selection unit 205.
  • the selection unit 205 is realized, for example, by a process of causing the processor 22 to execute one or more programs stored in the memory device 23.
  • the selection unit 205 When the selection unit 205 receives the observation data or the like from the GNSS receiver 10, the selection unit 205 selects the GNSS satellite signal used for positioning the GNSS receiver 10 by using the parameters stored in the storage unit 203. This selection result is transmitted to the GNSS receiver 10 by the communication unit 201. As a result, the GNSS receiver 10 can perform positioning of the GNSS receiver 10 which is a positioning target by using the observation data corresponding to the selection result.
  • the observation data corresponding to the selection result is the observation data obtained by the signal processing of the selected GNSS satellite signal.
  • the parameter stored in the storage unit 203 is a parameter for selecting the GNSS satellite signal used for positioning the positioning target, and is also referred to as a "selection parameter” hereafter.
  • the selection parameters include, for example, a CN ratio threshold value (hereinafter, also referred to as “CN ratio threshold value”), a tolerance from the time when the GNSS satellite signal reaches a certain coordinate earliest, and the like.
  • This selection parameter is set to an arbitrary value in advance by, for example, a user or the like.
  • FIG. 14 is a sequence diagram showing an example of the positioning process according to the fourth embodiment.
  • the GNSS receiver 101 of the GNSS receiver 10 receives the GNSS satellite signal by radio waves every predetermined time width (for example, every 1 second) (step S501).
  • the communication unit 104 of the GNSS receiver 10 transmits the observation data and the like obtained by the signal processing of the GNSS satellite signal received in the above step S501 to the server device 20 (step S502).
  • the selection unit 205 of the server device 20 uses the selection parameters stored in the storage unit 203 to use the GNSS satellite signal corresponding to these observation data (that is, the observation).
  • the GNSS satellite signal used for positioning is selected from the GNSS satellite signal represented by the information included in the data (step S503).
  • the server device 20 selects the GNSS satellite signal according to the following Steps 11 to 12 and Steps 21 to 26.
  • the number of GNSS satellite signals received in step S501 will be N, and in step S502, N observation data including information represented by each of these N GNSS satellite signals will be stored in the server. It is assumed that it has been transmitted to the device 20.
  • the selection unit 205 selects a GNSS satellite signal whose CN ratio exceeds the CN ratio threshold value included in the selection parameter from among the N GNSS satellite signals. At this time, if the number of GNSS satellites corresponding to the selected GNSS satellite signal (that is, the GNSS satellite that transmitted the selected GNSS satellite signal) is less than 4, the selection unit 205 has a CN ratio of the CN ratio threshold. From the following GNSS satellite signals, GNSS satellite signals are selected in descending order of CN ratio so that the number of GNSS satellites is four. Instead of the CN ratio and the CN ratio threshold value, the SN ratio and its threshold value may be used.
  • Step 12 the positioning unit 202 performs code positioning using the GNSS satellite signal selected in Step 11 above.
  • the coordinates indicated by the positioning result of this code positioning will also be referred to as "initial coordinates”.
  • the selection unit 205 uses the position of the GNSS satellite corresponding to each of the N GNSS satellite signals and the transmission time of the N GNSS satellite signals to the initial coordinates of each of the N GNSS satellite signals. Calculate the arrival time of.
  • the position of the GNSS satellite can be specified from the orbit information of the GNSS satellite.
  • Step 22 the selection unit 205 determines the earliest arrival time calculated in Step 21 above. Hereinafter, this determined time is set to T 0 .
  • Step24 the selection unit 205 selects a GNSS satellite signal whose arrival time calculated in Step 21 above is earlier than the reference time T 0 + dT 1.
  • Step 25 When the number of GNSS satellites corresponding to each of the GNSS satellite signals selected in the above Step 24 is 4 or more, the positioning unit 202 uses the GNSS satellite signal selected in the above Step 24 for code positioning. Is performed, and the initial coordinates are updated with the positioning result of this code positioning.
  • Step 26 Next, the selection unit 205 determines whether or not the end condition included in the selection parameter is satisfied. Then, when it is determined that the end condition is not satisfied, the selection unit 205 returns to the above step Step 21. As a result, the above Steps 21 to 26 are repeatedly executed until the end condition is satisfied.
  • the information indicating the GNSS satellite signal finally selected in Step 24 is used as the selection result.
  • Step 21 to Step 26 are repeatedly executed from the time when Step 21 is first executed until a predetermined time elapses.
  • the termination condition may be, for example, "the number of repetitions of Step 21 to Step 26 has reached a predetermined number of times", or "the GNSS satellite corresponding to each of the GNSS satellite signals selected in Step 24 is the last time. There is no change from the GNSS satellite corresponding to each of the GNSS satellite signals selected in Step 24 in the repetition of. "
  • the communication unit 201 of the server device 20 transmits the selection result of the above step S503 (that is, information indicating the GNSS satellite signal finally selected in Step 24) to the GNSS receiver 10 (step S504).
  • step S505 This makes it possible to perform highly accurate positioning using observation data or the like corresponding to the GNSS satellite signal selected by the server device 20.
  • the server device 20 performs positioning using the selection result. You may go. In this case, after executing the above step S503, the server device 20 may perform positioning by the positioning unit 202 using the selection result by the selection unit 205.
  • Step 21 to Step 26 (Part 1))
  • Steps 21 to 26 the following Steps 21'to Step27' may be executed.
  • Step21' The selection unit 205 uses the position of the GNSS satellite corresponding to each of the N GNSS satellite signals and the transmission time of the N GNSS satellite signals, and the initial coordinates of each of the N GNSS satellite signals. Calculate the arrival time at.
  • Step 22 ' Next, the selection unit 205, M number of the N GNSS satellite signals (provided that with respect to each combination of N C M Street N> M), the above Step 21' calculated in Calculate the average value of arrival times.
  • Step23' Next, the selection unit 205 determines the earliest time among the average values calculated in Step22'. Hereinafter, this determined time is set to T 0 .
  • Step24' Next, the selection unit 205 sets T 0 + dT 2 as the reference time by using the tolerance dT 2 included in the selection parameter.
  • Step 25' Next, the selection unit 205 selects a GNSS satellite signal whose arrival time calculated by Step 21'is earlier than the reference time T 0 + dT 2.
  • Step 26' When the number of GNSS satellites corresponding to each of the GNSS satellite signals selected in the above Step 25'is 4 or more, the positioning unit 202 uses the GNSS satellite signal selected in the above Step 25'. Code positioning is performed, and the initial coordinates are updated with the positioning result of this code positioning.
  • Step 27' Next, the selection unit 205 determines whether or not the end condition included in the selection parameter is satisfied. Then, when it is determined that the end condition is not satisfied, the selection unit 205 returns to the above step Step 21'. As a result, the above Step 21'to Step 27' are repeatedly executed until the end condition is satisfied.
  • the information indicating the GNSS satellite signal finally selected in Step 25' is used as the selection result.
  • the end condition included in the selection parameter for example, "a predetermined time has elapsed since Step 21'was first executed” or "Step 21' to Step 27' has reached a predetermined number of repetitions”. "What was done”, "The GNSS satellite corresponding to each of the GNSS satellite signals selected in Step 25'is the same as the GNSS satellite corresponding to each of the GNSS satellite signals selected in Step 25' in the previous iteration.” And it is sufficient.
  • Step 21 to Step 26 Part 2
  • Steps 21 to 26 Steps 21 to 26
  • Step21 The selection unit 205 uses the position of the GNSS satellite corresponding to each of the N GNSS satellite signals and the transmission time of the N GNSS satellite signals, and the initial coordinates of each of the N GNSS satellite signals. Calculate the arrival time at.
  • Step22 the selection unit 205 describes the above for each of the NCM combinations of M (where N> M and M is 4 or more) out of N GNSS satellite signals.
  • the average value of the arrival times calculated in Step 21 " is calculated.
  • Step 23 the selection unit 205 determines the earliest time among the average values calculated in Step 22" above. Hereinafter, this determined time is set to T 0 .
  • Step24 the selection unit 205 sets T 0 + dT 3 as the reference time by using the tolerance dT 3 included in the selection parameter.
  • Step 25 the selection unit 205 selects the GNSS satellite signal included in the combination corresponding to the average value earlier than the reference time T 0 + dT 3 among the average values calculated in the above Step 22".
  • Positioning unit 202 performs code positioning using the GNSS satellite signal selected in Step 25" above, and updates the initial coordinates with the positioning result of this code positioning.
  • Step27 the selection unit 205 determines whether or not the end condition included in the selection parameter is satisfied. If it is determined that the end condition is not satisfied, the selection unit 205 determines the above step. Return to Step 21 ". As a result, the above Step 21 "to Step 27" are repeatedly executed until the end condition is satisfied.
  • the GNSS satellite signal finally selected in Step 25 is used as the selection result.
  • Step 21 a predetermined time has elapsed since Step 21" was first executed "and the number of repetitions of” Step 21 "to Step 27” reaches a predetermined number of times.
  • Step 25 The GNSS satellite corresponding to each of the GNSS satellite signals selected in Step 25” is the same as the GNSS satellite corresponding to each of the GNSS satellite signals selected in Step 25 "in the previous iteration.” And it is sufficient.
  • the positioning system 1 according to the first embodiment and the second embodiment is connected to the GNSS receiver 10 via the communication means 30 according to the reception environment of the GNSS receiver 10 and the like. Positioning is performed by the server device 20. Further, in the positioning system 1 according to the third embodiment, if positioning is performed by both the GNSS receiver 10 and the server device 20, and the GNSS receiver 10 does not obtain a FIX solution for carrier phase positioning, The positioning result of the server device 20 is transmitted to the GNSS receiver 10. Therefore, in the positioning system 1 according to the first to third embodiments, highly accurate positioning can be realized even in a place where the reception environment is not good, such as an urban canyon environment.
  • the GNSS satellite signal used for positioning by the GNSS receiver 10 is selected by the server device 20. Therefore, in the positioning system 1 according to the fourth embodiment, highly accurate positioning can be realized even in a place where the reception environment is not good, such as an urban canyon environment, and selection of GNSS satellite signals can be achieved. It is also possible to reduce the processing time required for processing.
  • the GNSS receiver 10 does not store the observation data in the storage unit 105 or the like, and uses these observation data to use the GNSS receiver 10 or the server device.
  • the case of positioning at 20 has been described.
  • Such a positioning method is also called real-time positioning, but the first to fourth embodiments described above are not limited to real-time positioning, and are stored in, for example, a storage unit 105 or the like for a certain period of time.
  • positioning is performed by the GNSS receiver 10 or the server device 20 using the observation data (this is also referred to as post-processing positioning).
  • the GNSS receiver 10 When performing post-processing positioning, the GNSS receiver 10 stores observation data for a certain period of time in a storage unit 105 or the like, and then uses these observation data, for example, when positioning is performed by the GNSS receiver 10. When positioning is performed by the server device 20, these observation data may be transmitted to the server device 20. When the observation data or the like is transmitted to the server device 20 in the post-processing positioning, for example, the RINEX format or the like is used.
  • Positioning system 10 GNSS receiver 11 RF circuit 12 Baseband processing circuit 13 Communication I / F 14 Memory device 15 Processor 20 Server device 21 Communication I / F 22 Processor 23 Memory device 30 Communication means 40 GNSS antenna 101 GNSS receiver 102 Judgment unit 103 Positioning unit 104 Communication unit 105 Storage unit 201 Communication unit 202 Positioning unit 203 Storage unit 204 Judgment unit 205 Selection unit

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Abstract

GNSS衛星からの信号を受信する機器と、前記機器と通信ネットワークを介して接続されるサーバ装置とが含まれる測位システムであって、前記機器は、前記信号が表す情報を前記サーバ装置に送信する第1の送信手段と、前記信号が表す情報を用いて、前記機器の測位を行う第1の測位手段と、を有し、前記サーバ装置は、前記機器から受信した前記信号が表す情報を用いて、前記機器の測位を行う第2の測位手段と、を有することを特徴とする。

Description

測位システム、機器、サーバ装置、測位方法及びプログラム
 本発明は、測位システム、機器、サーバ装置、測位方法及びプログラムに関する。
 GNSS(Global Navigation Satellite System)衛星からの航法衛星信号を電波により受信することで測位や時刻同期を行う機器又は装置として、GNSS受信機等が知られている。
 また、航法衛星信号を使用した測位方式としてはコード測位方式や搬送波位相測位(干渉測位)方式等があり、搬送波位相測位方式ではコード測位方式と比べて高精度に測位可能であることが知られている。なお、GNSS衛星からの電波にマルチパスが発生する受信環境において、マルチパスの影響による測位精度の低下を削減する手法が知られている(例えば非特許文献1参照)。
久保 信明,「GPS測位におけるマルチパス誤差の低減化と高精度測位の可能性について」,博士論文,東京海洋大学,2005年
 しかしながら、搬送波位相測位はコード測位よりも多くの演算処理が必要であるため、搬送波測位に対応したGNSS受信機は、コード測位のみが可能なGNSS受信機よりも高価になる場合が多い。このため、高精度な測位を実現したい場合、GNSS受信機のコストが高くなる傾向があった。これに対して、GNSS受信機と通信ネットワークで接続されるサーバ等によって搬送波位相測位の演算を行えば、低コストなGNSS受信機でも高精度な測位を実現することができる。また、搬送波位相測位を行うGNSS受信機では演算処理のため消費電力が増大し、橋梁設備の設備保全といった、省電力動作を必要とする用途への適用において課題があった。
 本発明の一実施形態は、上記の点に鑑みてなされたもので、高精度な測位を実現することを目的とする。
 上記目的を達成するため、一実施形態に係る測位システムは、GNSS衛星からの信号を受信する機器と、前記機器と通信ネットワークを介して接続されるサーバ装置とが含まれる測位システムであって、前記機器は、前記信号が表す情報を前記サーバ装置に送信する第1の送信手段と、前記信号が表す情報を用いて、前記機器の測位を行う第1の測位手段と、を有し、前記サーバ装置は、前記機器から受信した前記信号が表す情報を用いて、前記機器の測位を行う第2の測位手段と、を有することを特徴とする。
 高精度な測位を実現することができる。
第一の実施形態に係る測位システムの全体構成の一例を示す図である。 第一の実施形態に係るGNSS受信機のハードウェア構成の一例を示す図である。 第一の実施形態に係るサーバ装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 第一の実施形態に係る測位システムの機能構成の一例を示す図である。 第一の実施形態に係る測位処理の一例を示すシーケンス図である。 第一の実施形態に係る測位処理の他の例を示すシーケンス図である。 測位対象が存在する候補領域を特定する場合の一例を説明するための図である。 地理空間情報を利用した測位結果の妥当性判定の一例を説明するための図である。 第二の実施形態に係る測位システムの機能構成の一例を示す図である。 第二の実施形態に係る測位処理の一例を示すシーケンス図である。 第三の実施形態に係る測位システムの機能構成の一例を示す図である。 第三の実施形態に係る測位処理の一例を示すシーケンス図である。 第四の実施形態に係る測位システムの機能構成の一例を示す図である。 第四の実施形態に係る測位処理の一例を示すシーケンス図である。
 以下、本発明の各実施形態について説明する。本発明の各実施形態では、GNSS受信機と通信ネットワークを介して接続されるサーバ装置でも測位等を可能にすることで、低コストなGNSS受信機でも高精度な測位を実現することができる測位システム1について説明する。ここで、一般に、GNSS受信機は少なくとも4機のGNSS衛星からの信号を受信して、3次元の位置情報(x,y,z)と時刻情報t(より正確には、GNSS衛星に搭載されている時計(原子時計)とGNSS受信機に搭載されている時計との時刻オフセットΔt)とを特定することで、位置情報の測位と時刻情報の同期とを行う。そこで、以降では、位置情報の測位と時刻情報の同期とを行うための4つパラメータ(x,y,z)及びΔtを特定することを単に「測位」とも表す。
 [第一の実施形態]
 以降では、第一の実施形態について説明する。
 <全体構成>
 まず、本実施形態に係る測位システム1の全体構成について、図1を参照しながら説明する。図1は、第一の実施形態に係る測位システム1の全体構成の一例を示す図である。
 図1に示すように、本実施形態に係る測位システム1には、1台以上のGNSS受信機10と、サーバ装置20とが含まれる。各GNSS受信機10とサーバ装置20は、携帯電話網やインターネット等の通信ネットワークを含む通信手段30を介して通信可能に接続される。なお、GNSS受信機10と、サーバ装置20はオンプレミス、すなわち同一の拠点に設置されていてもよい。
 GNSS受信機10はGNSSアンテナ40により航法衛星信号を受信し、測位及び時刻同期を行うことが可能な機器である。測位方式はコード測位方式及び搬送波位相測位(干渉測位)方式に対応する。
 GNSS受信機10は任意の移動体(車両や人等)に携帯される場合もあれば測量や機器のマシンガイダンスのように静止状態で利用される場合もある。GNSS受信機10は所定の時間幅毎に(例えば、1秒毎に)GNSS衛星からの航法衛星信号(以降、「GNSS衛星信号」とも表す。)を電波により受信して測位を行う。GNSS受信機10が測位演算処理の仮定で得られる疑似距離及び搬送波位相計測の結果得られる観測データ又はRaw data(生データ)と呼ばれるデータを通信手段30を経由してサーバ装置20に伝送することにより、サーバ装置20においてもコード測位方式及び搬送波位相測位(干渉測位)方式に対応した測位演算処理を実施することができる。
 通信手段30はシリアル通信等のデータ通信を可能とする手段であり、モバイル通信、WiFi、特定小電力無線等の無線通信の他、イーサーネット、IP(Internet Protocol)ネットワークといった有線通信が含まれる。観測データは一例としてRTCM(Radio Technical Commission For Maritime Services)等の形式によりGNSS受信機10からサーバ装置20へ逐次的(リアルタイム)に送信してもよいし、GNSS受信機10においてデータを一旦蓄積してRINEX(Receiver Independent Exchange)等の形式で圧縮されたデータを定期(例えば、1分毎等)、不定期にサーバ装置20へ送信してもよい。
 また、GNSS受信機10は、GNSSトラッカー(又はGNSSロガー)等の機器の他、GNSS受信機の機能を実現するアプリケーションプログラムがインストールされたスマートフォンやタブレット端末、車載器、ウェアラブルデバイス、携帯型ゲーム機器等であってもよい。
 サーバ装置20は、GNSS受信機10から受信した観測データ等を用いて、GNSS受信機10の測位を行うコンピュータ又はコンピュータシステムである。
 なお、図1に示す測位システム1の全体構成は一例であって、他の構成であってもよい。例えば、本実施形態に係る測位システム1には、複数のサーバ装置20が含まれていてもよい。
 <ハードウェア構成>
 次に、本実施形態に係る測位システム1に含まれるGNSS受信機10及びサーバ装置20のハードウェア構成について、それぞれ図2及び図3を参照しながら説明する。図2は、第一の実施形態に係るGNSS受信機10のハードウェア構成の一例を示す図である。図3は、第一の実施形態に係るサーバ装置20のハードウェア構成の一例を示す図である。
  ≪GNSS受信機10≫
 図2に示すように、本実施形態に係るGNSS受信機10は、RF回路11と、ベースバンド処理回路12と、通信I/F13と、メモリ装置14と、プロセッサ15とを有する。
 RF回路11は同軸ケーブル等によりGNSSアンテナ40と接続されている。RF回路11はGNSSアンテナ40で受信された航法衛星信号を増幅、フィルタリング及び周波数のダウンコンバートといった信号処理を行うための回路である。ベースバンド処理回路12は相関信号処理を行なったり、疑似距離計測を行うための回路である。通信I/F13は通信手段30を介してサーバ装置20と通信を行うためのインタフェースである。メモリ装置14はRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ等の各種記憶装置であり、設定内容やエフェメリス、アルマナック等の衛星軌道データ、観測データ等の保存を行う。プロセッサ16は、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)等の各種演算装置である。
 本実施形態に係るGNSS受信機10は、図2に示すハードウェア構成を有することにより、後述する各種処理を実現することができる。なお、図2に示すハードウェア構成は一例であって、本実施形態に係るGNSS受信機10は、他のハードウェア構成を有していてもよい。例えば、本実施形態に係るGNSS受信機10は、外部記録媒体を有していてもよいし、設定のための入力装置、状態の確認のための表示装置等を有していてもよい。また、一部の機能はFPGA(Field-Programmable Gate Array)等のプログラマブルロジックデバイスやソフトウェアにより実現されてもよい。
  ≪サーバ装置20≫
 図3に示すように、本実施形態に係るサーバ装置20は、通信I/F21と、プロセッサ22と、メモリ装置23とを有する。通信I/F21は、サーバ装置20を通信手段30に接続するためのインタフェースである。メモリ装置23は、RAMやROM、フラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)等の各種記憶装置である。プロセッサ22は、例えば、CPU、GPU(Graphics Processing Unit)等の各種演算装置である。
 本実施形態に係るサーバ装置20は、図3に示すハードウェア構成を有することにより、後述する各種処理を実現することができる。なお、図3に示すハードウェア構成は一例であって、本実施形態に係るサーバ装置20は、他のハードウェア構成を有していてもよい。例えば、本実施形態に係るサーバ装置20は、複数のプロセッサ22を有していてもよいし、複数のメモリ装置23を有していてもよい。また、サーバ装置20は、外部記録媒体を有していてもよいし、設定のための入力装置、状態の確認のための表示装置等を有していてもよい。
 <機能構成>
 次に、本実施形態に係る測位システム1の機能構成について、図4を参照しながら説明する。図4は、第一の実施形態に係る測位システム1の機能構成の一例を示す図である。
 図4に示すように、本実施形態に係るGNSS受信機10は、GNSS受信部101と、判定部102と、測位部103と、通信部104とを有する。これら各部は、例えば、メモリ装置14に格納された1以上のプログラムがプロセッサ15に実行させる処理により実現される。
 また、本実施形態に係るGNSS受信機10は、記憶部105を有する。記憶部105は、例えば、メモリ装置14を用いて実現可能である。
 GNSS受信部101は、所定の時間幅毎(例えば、1秒毎)に、GNSS衛星信号を電波により受信する。なお、GNSS受信部101は、一般に、複数のGNSS衛星(例えば、4機以上のGNSS衛星)からのGNSS衛星信号を電波により受信する。
 判定部102は、例えば、GNSS衛星からの電波の受信環境等に応じて、測位主体(つまり、測位対象であるGNSS受信機10が受信した航法衛星信号に基づく測位を、当該GNSS受信機10又はサーバ装置20のいずれで行うか)を判定する。
 測位部103は、判定部102により測位主体がGNSS受信機10であると判定された場合、GNSS受信部101により受信されたGNSS衛星信号の信号処理により得られる観測データ(この観測データは「生データ」と称されてもよい。)等を用いて、例えばコード測位によりGNSS受信機10の測位を行う。測位部103による測位結果は、例えば、記憶部105に格納される。なお、測位部103は、搬送波位相測位によりGNSS受信機10の測位を行なってもよい。
 通信部104は、観測データ等をサーバ装置20に送信する。このとき、通信部104は、例えば、RTCM形式等により観測データをサーバ装置20に送信する。すなわち、通信部104は、例えば、観測データを記憶部105等に格納せずに、常時、サーバ装置20に送信する。なお、通信部104は、観測データに加えて、GNSS受信機10の受信状態を表す各種情報(例えば、受信強度やSN(signal-noise)比、CN(carrier-noise)比等)をサーバ装置20に送信してもよい。以降では、これらの受信状態を表す各種情報を「受信状態情報」とも表し、「観測データ等」と表記した場合には観測データ以外にも、受信状態情報等の各種情報も含み得るものとする。
 ただし、観測データを常時サーバ装置20に送信することは一例であって、これに限られない。通信部104は、例えば、判定部102により測位主体がサーバ装置20であると判定された場合にのみ観測データを(記憶部105等に格納せずに)サーバ装置20に送信してもよい。この場合、GNSS受信機10とサーバ装置20との間の通信負荷が軽減される。
 また、通信部104は、判定部102により測位主体がサーバ装置20であると判定された場合、測位指示をサーバ装置20に送信する。更に、通信部104は、サーバ装置20から測位結果が送信された場合には、当該測位結果を受信する。このとき、通信部104は、例えば、RTCM形式等により測位結果をサーバ装置20より受信する。
 記憶部105は、各種情報(例えば、測位部103で測位された測位結果やサーバ装置20から送信された測位結果等)を格納する。
 図4に示すように、本実施形態に係るサーバ装置20は、通信部201と、測位部202とを有する。これら各部は、例えば、メモリ装置23に格納された1以上のプログラムがプロセッサ22に実行させる処理により実現される。
 また、本実施形態に係るサーバ装置20は、記憶部203を有する。記憶部203は、例えば、メモリ装置23を用いて実現可能である。
 通信部201は、GNSS受信機10から送信された観測データ等を受信したり、測位指示を受信したりする。また、通信部201は、測位部202による測位結果をGNSS受信機10に送信する。
 測位部202は、通信部201により受信した観測データ等を用いて、例えば搬送波位相測位によりGNSS受信機10の測位を行う。
 記憶部203は、各種情報(例えば、測位部202で測位された測位結果等)を格納する。なお、記憶部203には、測位部202による測位結果が格納されてもよいし、サーバ装置20がGNSS受信機10の位置情報及び時刻情報を収集する場合には更にGNSS受信機10で測位された測位結果が格納されてもよい。
 <処理の詳細>
 次に、本実施形態に係る測位システム1でGNSS受信機10の測位を行う場合の処理(測位処理)について、図5を参照しながら説明する。図5は、第一の実施形態に係る測位処理の一例を示すシーケンス図である。
 まず、GNSS受信機10のGNSS受信部101は、所定の時間幅毎(例えば、1秒毎)に、GNSS衛星信号を電波により受信する(ステップS101)。
 次に、GNSS受信機10の通信部104は、観測データ等をサーバ装置20に送信する(ステップS102)。
 次に、GNSS受信機10の判定部102は、測位主体が当該GNSS受信機10又はサーバ装置20のいずれであるかを判定する(ステップS103)。判定部102は、例えば、GNSS衛星信号の受信環境がオープンスカイ環境の場合は測位主体をGNSS受信機10、アーバンキャニオン環境の場合は測位主体をサーバ装置20と判定する。なお、オープンスカイ環境とは受信位置の周辺にビル等の構造物や樹木等がない受信環境のことであり、アーバンキャニオン環境とは受信位置の周辺にビル等の構造物や樹木等がある受信環境のことである。アーバンキャニオン環境では、オープンスカイ環境と異なり、直接波として電波を受信可能なGNSS衛星(以降、「可視衛星」とも表す。)の数が制限される場合があるため、一般に、測位精度が低下することがある。このため、アーバンキャニオン環境の場合には、サーバ装置20で搬送波位相測位により測位することで、より高精度な測位を実現することができる。
 ここで、GNSS衛星信号の受信環境がオープンスカイ環境又はアーバンキャニオン環境のいずれであるかは、例えば、以下の判定方法1又は判定方法2のいずれか(又は、判定方法1及び判定方法2の組み合わせ)により判定すればよい。
 ・判定方法1:GNSS受信部101により受信されたGNSS衛星信号の中で、SN比が所定の第1の閾値以上のGNSS衛星信号の割合を用いて、受信環境がオープンスカイ環境又はアーバンキャニオン環境のいずれであるかを判定する。このとき、当該割合が、所定の第2閾値以上である場合はオープンスカイ環境、そうでなければアーバンキャニオン環境と判定すればよい。これは、直接波として受信されるGNSS衛星信号の数がアーバンキャニオン環境よりもオープンスカイ環境の方が多く、かつ、直接波として受信されるGNSS衛星信号は、例えばビル等の構造物で反射や回折したGNSS衛星信号と比較して相対的にSN比が大きい場合が多いためである。なお、SN比の代わりにCN比(搬送波対雑音比)が用いられてもよい。
 ・判定方法2:直前の測位結果(例えば、1秒前に測位された測位結果等)又は過去の所定の時間幅の間の測位結果(例えば、過去の数分間に測位された測位結果等)が属するエリアに応じて、受信環境がオープンスカイ環境又はアーバンキャニオン環境のいずれであるかを判定する。ここで、エリアには、時刻毎に、当該エリアがオープンスカイ環境又はアーバンキャニオン環境のいずれかを示す情報(以降では、この情報を「環境種別情報」とも表す。)が対応付けられているものとする。なお、例えば、地理的な区間等の任意の2次元領域又は3次元領域をエリアとすればよい。
 このとき、直前の測位結果又は過去の所定の時間幅の間の測位結果が属するエリアに対応付けられている環境種別情報により、受信環境がオープンスカイ環境又はアーバンキャニオン環境のいずれであるかを判定すればよい。
 ここで、エリアと時刻毎の環境種別情報とを対応付ける際に、環境種別情報がオープンスカイ環境又はアーバンキャニオン環境のいずれを示すかは、例えば、GNSS衛星信号シミュレータによるレイトレースシミュレーションにより決められてもよいし、当該エリアにおける過去の測位結果等を示す実績データにより決められてもよい。また、このようなレイトレースシミュレーションや実績データに基づく決定(つまり、シミュレーション結果や実績等の根拠に基づく決定)以外に、ユーザの判断によりオープンスカイ環境又はアーバンキャニオン環境のいずれかを任意に決めてもよい。なお、例えばクラウドソーシング等によって様々な測位対象の過去の測位結果等を示す実績データが収集されてもよい。
 レイトレースシミュレーションによりオープンスカイ環境又はアーバンキャニオン環境のいずれであるかを決める場合、例えば、GNSS衛星の軌道情報(例えば、アルマナックやエフェメリス等)と該当のエリア内の地理空間情報(例えば、構造物情報等)とを用いて、任意の時刻におけるエリア内の可視衛星の受信状態やマルチパス発生状況をシミュレーションすることで、各時刻で当該エリアがオープンスカイ環境又はアーバンキャニオン環境のいずれであるかを決定すればよい。なお、マルチパスとは多重波伝播とも称され、GNSS衛星からの電波が反射や回折することによって、受信位置において2つ以上の伝播経路が生じる現象のことである。
 実績データによりオープンスカイ環境又はアーバンキャニオン環境のいずれであるかを決める場合、例えば、搬送波位相測位でFIX解(収束解)が得られた実績を用いて、各時刻で当該エリアがオープンスカイ環境又はアーバンキャニオン環境のいずれであるかを決定すればよい。オープンスカイ環境であるほどFIX解を得やすい一方でアーバンキャニオン環境であるほどFIX解を得にくいため、例えば、所定の時間幅毎に当該エリアでFIX解が得られた割合を算出し、これらの割合を所定の第3の閾値と比較することで、該当の時間幅における各時刻で当該エリアがオープンスカイ環境又はアーバンキャニオン環境のいずれであるかを決定すればよい。
 又は、実績データによりオープンスカイ環境又はアーバンキャニオン環境のいずれであるかを決める場合、例えば、測位結果の実績と地図データとを用いて、所定の時間幅毎に、測位結果の実績が道路上から所定の距離以上離れている割合と所定の第4の閾値とを比較することで、該当の時間幅における各時刻で当該エリアがオープンスカイ環境又はアーバンキャニオン環境のいずれであるかを決定すればよい。これは、車両や歩行者は道路上を走行又は歩行するが、アーバンキャニオン環境であるほど位置情報の精度が低下し、実際の車両や歩行者の位置と測位結果が示す位置との間に誤差が生じるためである。
 図5に戻る。上記のステップS103で測位主体がGNSS受信機10であると判定された場合、当該GNSS受信機10の測位部103は、上記のステップS101で受信されたGNSS衛星信号の信号処理により得られる観測データ等を用いて、例えばコード測位によって測位対象である当該GNSS受信機10の測位を行う(ステップS104)。なお、測位部103による測位結果は、例えば、記憶部105に格納される。
 一方で、上記のステップS103で測位主体がサーバ装置20であると判定された場合、GNSS受信機10の通信部104は、測位指示をサーバ装置20に送信する(ステップS105)。
 サーバ装置20の測位部202は、通信部201により測位指示を受信すると、上記のステップS102でGNSS受信機10から送信された観測データ等を用いて、例えば搬送波位相測位によって測位対象であるGNSS受信機10の測位を行う(ステップS106)。このとき、GNSS受信機10からサーバ装置20への観測データの伝送に伴い伝搬遅延を生じるが、サーバ装置20における測位演算において時刻オフセット値には影響を与えるものの測位精度には影響を与えない。なお、測位部202は、例えば、観測データ等を用いてコード測位によって測位した上で、このコード測位の測位結果を初期座標として搬送波位相測位によって測位してもよい。
 そして、サーバ装置20の通信部201は、上記のステップS106の測位結果(つまり、4つのパラメータ(x,y,z))をGNSS受信機10に送信する(ステップS107)。これにより、GNSS受信機10の位置の測位が行われる。ただし、上記のステップS107は必ずしも実行されなくてもよい(つまり、サーバ装置20での測位結果がGNSS受信機10に送信されなくてもよい。)。
  (測位処理の他の例)
 次に、上記の測位処理の他の例として、GNSS受信機10の判定部102により測位主体がサーバ装置20であると判定された場合にのみ観測データ等を当該サーバ装置20に送信する場合の測位処理について、図6を参照しながら説明する。図6は、第一の実施形態に係る測位処理の他の例を示すシーケンス図である。上述したように、この場合、GNSS受信機10とサーバ装置20との間の通信負荷が軽減される。
 まず、GNSS受信機10のGNSS受信部101は、所定の時間幅毎(例えば、1秒毎)に、GNSS衛星信号を電波により受信する(ステップS201)。
 次に、GNSS受信機10の判定部102は、図5のステップS103と同様に、測位主体が当該GNSS受信機10又はサーバ装置20のいずれであるかを判定する(ステップS202)。
 上記のステップS202で測位主体がGNSS受信機10であると判定された場合、当該GNSS受信機10の測位部103は、図5のステップS104と同様に、観測データ等を用いて当該GNSS受信機10の測位を行う(ステップS203)。
 一方で、上記のステップS202で測位主体がサーバ装置20であると判定された場合、GNSS受信機10の通信部104は、観測データ等をサーバ装置20に送信する(ステップS204)。なお、このとき、通信部104は、観測データ等と共に測位指示をサーバ装置20に送信してもよい。
 サーバ装置20の測位部202は、通信部201により観測データ等を受信すると、図5のステップS106と同様に、当該観測データ等を用いて、例えば搬送波位相測位によって測位対象であるGNSS受信機10の測位を行う(ステップS205)。
 そして、サーバ装置20の通信部201は、図5のステップS107と同様に、上記のステップS205の測位結果をGNSS受信機10に送信する(ステップS206)。なお、ステップS206は必ずしも実行されなくてもよい。
  (測位対象が存在する領域の特定)
 ここで、上記のステップS106及びステップS205でより高精度に測位を行うために、測位部202は、例えば搬送波位相測位による測位を行う前に、測位対象(つまり、GNSS受信機10)が存在する領域(以降、この領域を「候補領域」とも表す。)を特定してもよい。これにより、測位対象の位置が候補領域内に限定されることで、より高精度な測位が可能になる。
 より具体的には、測位部202は、例えば、当該測位対象の過去の測位結果の時間的な変化から、当該測位対象の属性(例えば、車両又は歩行者のいずれか)を特定する。そして、測位部202は、特定した属性に応じて、過去の測位結果と地理空間情報とを用いて、これらの過去の測位結果から特定される道路の一部の領域を候補領域として特定する。すなわち、測位対象の属性が車両である場合には、測位部202は、過去の測位結果から特定される道路(つまり、当該車両が走行していると特定される道路)の車道のうち、当該車両の進行方向側の車道を候補領域として特定する。また、測位対象の属性が歩行者である場合には、測位部202は、過去の測位結果から特定される道路(つまり、当該歩行者が歩行していると特定される道路)の歩道を候補領域として特定する。ここで、車両が走行している道路や歩行者が歩行している道路は、例えば、道路ネットワーク情報に含まれるリンク情報と、過去の測位結果(つまり、過去の位置情報)とを比較することで特定することが可能である。また、当該道路の車道や歩道は、車道や歩道の範囲を示す情報が当該リンク情報に含まれる場合には当該リンク情報から特定してもよいし、当該道路をモデル化した情報(例えば、道路の2D又は3Dデータ等)から特定してもよい。なお、道路ネットワーク情報や道路をモデル化した情報は、例えば、外部のシステム等から取得されてもよい。
 一例として、道路の車道のうち、測位対象の車両の進行方向側の車道を候補領域として特定した場合を図7に示す。図7に示すように、進行方向側の車道を候補領域として特定し、この候補領域内に測位対象の位置を限定して測位を行うことで、より高精度な測位が可能となる。なお、測位対象の属性は車両又は歩行者に限られず、属性として、例えば、自転車、自動二輪、建機、農機等が含まれてもよい。
  (地理空間情報を利用した測位結果の妥当性判定)
 また、上記のステップS106及びステップS205で、測位部202は、測位対象を測位した後、この測位結果の妥当性を判定してもよい。例えば、測位部202は、観測データ等を用いてコード測位によって測位対象を測位した後、このコード測位の測位結果の妥当性を判定した上で、コード測位の測位結果が妥当であると判定された場合に限り、コード測位の測位結果を初期座標として搬送波位相測位によって測位対象を測位してもよい。これにより、より高精度な測位を実現することが可能となる。
 ここで、測位結果の妥当性を判定する方法として、シャドウ・マッチングと、観測データの比較とがある。これらの方法について、図8を参照しながら説明する。図8は、地理空間情報を利用した測位結果の妥当性判定の一例を説明するための図である。以降では、コード測位の測位結果の妥当性を判定する場合について説明する。
 図8に示すように、シャドウ・マッチングでは、測位部202は、まず、コード測位の測位結果と地理空間情報とGNSS衛星の軌道情報とを用いて、GNSS衛星信号シミュレータによって当該測位結果が示す位置で該当の時刻におけるレイトレースシミュレーションを行って、当該位置及び時刻におけるGNSS衛星のLOS(Line Of Sight)/NLOS(Non Line Of Sight)種別を判定する。そして、測位部202は、これらのLOS/NLOS種別を示す情報と、GNSS受信機10から受信した受信状態情報(SN比やCN比等)とを比較することで、コード測位の測位結果の妥当性を判定する。
 GNSS衛星のLOS/NLOS種別が「LOS」である場合、このGNSS衛星からの電波は直接波としてGNSS受信機10に受信されるため、LOS/NLOS種別が「NLOS」である場合と比較して、SN比(又はCN比)が大きくなる。このため、測位部202は、例えば、LOS/NLOS種別が「LOS」であるGNSS衛星に対応するGNSS衛星信号のSN比(又はCN比)が比較的大きくなっており、かつ、LOS/NLOS種別である「NLOS」のGNSS衛星に対応するGNSS衛星信号のSN比(又はCN比)が比較的小さくなっているか否かを判定することで、コード測位の測位結果の妥当性を判定することができる。
 また、図8に示すように、観測データの比較では、測位部202は、まず、コード測位の測位結果と地理空間情報とGNSS衛星の軌道情報とを用いて、GNSS衛星信号シミュレータによって当該測位結果が示す位置で該当の時刻に受信する疑似的なGNSS衛星信号を出力する。この疑似的なGNSS衛星信号を「GNSS疑似信号」とも表す。
 そして、測位部202は、サーバ装置20が備えるGNSS受信機にGNSS疑似信号を入力して得られる観測データ(以降、「疑似観測データ」とも表す。)と、GNSS受信機10から受信した観測データ(以降、「実観測データ」とも表す。)とを比較することで、コード測位の測位結果の妥当性を判定する。これにより、マルチパスの発生状況を含めて、より精緻に妥当性を判定することが可能となる。例えば、測位部202は、疑似観測データではマルチパスが発生している一方で、実観測データではマルチパスが発生している場合、又は、実観測データはマルチパスが発生している一方で、疑似観測データではマルチパスが発生していない場合、コード測位の測位結果が妥当でないと判定すればよい。
 [第二の実施形態]
 以降では、第二の実施形態について説明する。第二の実施形態では、測位主体の判定をサーバ装置20で行う場合について説明する。なお、第二の実施形態では、主に、第一の実施形態との相違点について説明し、第一の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付与して、その説明を省略する。
 <機能構成>
 まず、本実施形態に係る測位システム1の機能構成について、図9を参照しながら説明する。図9は、第二の実施形態に係る測位システム1の機能構成の一例を示す図である。
 図9に示すように、本実施形態に係るGNSS受信機10は、第一の実施形態と異なり、判定部102を有しない。また、本実施形態に係るサーバ装置20は、第一の実施形態と異なり、判定部204を有する。
 判定部204は、GNSS受信機10から送信された観測データ等から測位主体を判定する。すなわち、判定部204は、当該GNSS受信機10における電波の受信環境等に応じて、測位主体を判定する。
 <処理の詳細>
 次に、本実施形態に係る測位処理について、図10を参照しながら説明する。図10は、第二の実施形態に係る測位処理の一例を示すシーケンス図である。
 まず、GNSS受信機10のGNSS受信部101は、所定の時間幅毎(例えば、1秒毎)に、GNSS衛星信号を電波により受信する(ステップS301)。
 次に、GNSS受信機10の通信部104は、観測データ等をサーバ装置20に送信する(ステップS302)。
 サーバ装置20の判定部204は、通信部201により観測データ等を受信すると、測位主体がGNSS受信機10又は当該サーバ装置20のいずれであるかを判定する(ステップS303)。なお、判定方法は、図5のステップS103と同様の方法を用いればよい。
 上記のステップS303で測位主体がGNSS受信機10であると判定された場合、サーバ装置20の通信部201は、測位指示をGNSS受信機10に送信する(ステップS304)。
 そして、GNSS受信機10の測位部103は、通信部104により測位指示を受信すると、上記のステップS301で受信したGNSS衛星信号の信号処理により得られる観測データ等を用いて、例えばコード測位によって測位対象である当該GNSS受信機10の測位を行う(ステップS305)。
 一方で、上記のステップS303で測位主体がサーバ装置20であると判定された場合、当該サーバ装置20の測位部202は、上記のステップS302でGNSS受信機10から送信された観測データ等を用いて、例えば搬送波位相測位によって測位対象である当該GNSS受信機10の測位を行う(ステップS306)。
 そして、サーバ装置20の通信部201は、上記のステップS306の測位結果をGNSS受信機10に送信する(ステップS307)。なお、ステップS307は必ずしも実行されなくてもよい。
 [第三の実施形態]
 以降では、第三の実施形態について説明する。第三の実施形態では、GNSS受信機10とサーバ装置20との両方で搬送波位相測位による測位を開始し、GNSS受信機10でFIX解が得られなかった場合にサーバ装置20から測位結果を取得する場合について説明する。なお、第三の実施形態では、主に、第一の実施形態との相違点について説明し、第一の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付与して、その説明を省略する。
 <機能構成>
 まず、本実施形態に係る測位システム1の機能構成について、図11を参照しながら説明する。図11は、第三の実施形態に係る測位システム1の機能構成の一例を示す図である。
 図11に示すように、本実施形態に係るGNSS受信機10は、第一の実施形態と異なり、判定部102を有しない。また、本実施形態に係る測位部103は、観測データ等を用いて、搬送波位相測位によりGNSS受信機10の測位を行う。
 <処理の詳細>
 次に、本実施形態に係る測位処理について、図12を参照しながら説明する。図12は、第二の実施形態に係る測位処理の一例を示すシーケンス図である。
 まず、GNSS受信機10のGNSS受信部101は、所定の時間幅毎(例えば、1秒毎)に、GNSS衛星信号を電波により受信する(ステップS401)。
 次に、GNSS受信機10の通信部104は、上記のステップS401で受信されたGNSS衛星信号の信号処理により得られる観測データ等をサーバ装置20に送信する(ステップS402)。
 次に、GNSS受信機10の測位部103は、観測データ等を用いて、搬送波位相測位によって測位対象である当該GNSS受信機10の測位を行う(ステップS403)。
 また、サーバ装置20の測位部202は、通信部201により観測データ等を受信すると、これらの観測データ等を用いて、搬送波位相測位によって測位対象であるGNSS受信機10の測位を行う(ステップS404)。なお、測位部202は、例えば、観測データ等を用いてコード測位によって測位対象を測位した上で、このコード測位の測位結果を初期座標として搬送波位相測位によって測位対象を測位してもよい。
 ここで、上記のステップS403の搬送波位相測位でFIX解が得られなかった場合、GNSS受信機10の通信部104は、測位結果の送信要求をサーバ装置20に送信する(ステップS405)。
 サーバ装置20の通信部201は、測位結果の送信要求を受信すると、上記のステップS404の搬送波位相測位の測位結果をGNSS受信機10に送信する(ステップS406)。これにより、GNSS受信機10の位置の測位と時刻の同期とが行われる。このように、本実施形態では、GNSS受信機10とサーバ装置20との両方で搬送波位相測位を行って、GNSS受信機10でFIX解が得られなかった場合に、サーバ装置20で得られた測位結果をGNSS受信機10に送信する。このため、本実施形態に係る測位システム1では、GNSS受信機10でも搬送波位相測位が可能な場合に、効率的に高精度な測位を行うことが可能となる。
 [第四の実施形態]
 以降では、第四の実施形態について説明する。上述したように、受信環境や受信時刻等に応じて各GNSS衛星はLOS/NLOS種別が決定される。LOS/NLOS種別が「LOS」であるGNSS衛星からの電波は直接波として受信可能であり、可視衛星とも称される。一方で、LOS/NLOS種別が「NLOS」であるGNSS衛星からの電波は反射や回折を伴って受信される場合があり、不可視衛星とも称される。例えば、可視衛星と不可視衛星とが混在するアーバンキャニオン環境ではマルチパスが発生するため、測位精度が低下する。これに対して、測位に使用するGNSS衛星信号を適切に選択することで、マルチパスの影響を低減し、測位精度の低下を防止することが可能となるが、GNSS衛星信号の選択には比較的高い演算能力が必要であることが多い。そこで、第四の実施形態では、GNSS衛星信号の選択をサーバ装置20で行った上で、その選択結果を用いてGNSS受信機10で測位を行う場合について説明する。なお、第四の実施形態では、主に、第一の実施形態との相違点について説明し、第一の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付与して、その説明を省略する。
 なお、本実施形態では、GNSS受信機10の周囲にはGNSS衛星信号の伝播を遮断する構造物が存在する環境で、可視衛星からのGNSS衛星信号か不可視衛星からのGNSS衛星信号かを問わずに、4機以上のGNSS衛星からのGNSS衛星信号を受信することができるものとする。また、GNSS衛星信号を受信したGNSS受信機10は、当該GNSS衛星信号が可視衛星からの信号であるか不可視衛星からの信号であるかを知ることができないものとする。
 <機能構成>
 まず、本実施形態に係る測位システム1の機能構成について、図13を参照しながら説明する。図13は、第四の実施形態に係る測位システム1の機能構成の一例を示す図である。
 図13に示すように、本実施形態に係るGNSS受信機10は、第一の実施形態と異なり、判定部102を有しない。
 また、図13に示すように、本実施形態に係るサーバ装置20は、選択部205を有する。選択部205は、例えば、メモリ装置23に格納された1以上のプログラムがプロセッサ22に実行させる処理により実現される。
 選択部205は、GNSS受信機10から観測データ等を受信すると、記憶部203に記憶されているパラメータを用いて、当該GNSS受信機10の測位に使用するGNSS衛星信号を選択する。この選択結果は、通信部201によりGNSS受信機10に送信される。これにより、GNSS受信機10では、当該選択結果に対応する観測データを用いて、測位対象である当該GNSS受信機10の測位を行うことができる。なお、選択結果に対応する観測データとは、選択されたGNSS衛星信号の信号処理により得られる観測データのことである。
 ここで、記憶部203に記憶されているパラメータは測位対象の測位に使用するGNSS衛星信号を選択するためのパラメータであり、以降では「選択用パラメータ」とも表す。選択用パラメータには、例えば、CN比の閾値(以降、「CN比閾値」とも表す。)、GNSS衛星信号が或る座標に最も早く到達する時刻からの許容誤差等が含まれる。この選択用パラメータは、例えば、ユーザ等により予め任意の値に設定される。
 <処理の詳細>
 次に、本実施形態に係る測位処理について、図14を参照しながら説明する。図14は、第四の実施形態に係る測位処理の一例を示すシーケンス図である。
 まず、GNSS受信機10のGNSS受信部101は、所定の時間幅毎(例えば、1秒毎)に、GNSS衛星信号を電波により受信する(ステップS501)。
 次に、GNSS受信機10の通信部104は、上記のステップS501で受信されたGNSS衛星信号の信号処理により得られる観測データ等をサーバ装置20に送信する(ステップS502)。
 サーバ装置20の選択部205は、通信部201により観測データ等を受信すると、記憶部203に記憶されている選択用パラメータを用いて、これらの観測データに対応するGNSS衛星信号(つまり、当該観測データに含まれる情報が表すGNSS衛星信号)の中から、測位に使用するGNSS衛星信号を選択する(ステップS503)。ここで、サーバ装置20は、以下のStep11~Step12及びStep21~Step26によりGNSS衛星信号を選択する。なお、以降では、上記のステップS501で受信されたGNSS衛星信号の数をNとして、上記のステップS502では、これらN個のGNSS衛星信号のそれぞれが表す情報をそれぞれ含むN個の観測データがサーバ装置20に送信されたものとする。
 Step11)選択部205は、N個のGNSS衛星信号の中から、そのCN比が、選択用パラメータに含まれるCN比閾値を超えるGNSS衛星信号を選択する。このとき、選択されたGNSS衛星信号に対応するGNSS衛星(つまり、選択されたGNSS衛星信号を送信したGNSS衛星)の数が4機未満の場合は、選択部205は、CN比がCN比閾値以下のGNSS衛星信号の中から、CN比が大きい順にGNSS衛星信号を選択し、GNSS衛星の数が4機となるようにする。なお、CN比及びCN比閾値の代わりに、SN比及びその閾値が用いられてもよい。
 Step12)次に、測位部202は、上記のStep11で選択されたGNSS衛星信号を使用してコード測位を行う。以降では、このコード測位の測位結果が示す座標を「初期座標」とも表す。
 Step21)選択部205は、N個のGNSS衛星信号のそれぞれに対応するGNSS衛星の位置とこれらN個のGNSS衛星信号の送信時刻とを用いて、これらN個のGNSS衛星信号それぞれの初期座標への到達時刻を算出する。なお、GNSS衛星の位置は、GNSS衛星の軌道情報から特定することが可能である。
 Step22)次に、選択部205は、上記のStep21で算出した到達時刻のうち、最も早い時刻を決定する。以降では、この決定された時刻をTとする。
 Step23)次に、選択部205は、選択用パラメータに含まれる許容誤差dTを用いて、T+dTを基準時刻として設定する。
 Step24)次に、選択部205は、上記のStep21で算出した到達時刻が基準時刻T+dTよりも早いGNSS衛星信号を選択する。
 Step25)上記のStep24で選択されたGNSS衛星信号のそれぞれに対応するGNSS衛星の数が4機以上である場合、測位部202は、上記のStep24で選択されたGNSS衛星信号を使用してコード測位を行って、このコード測位の測位結果で初期座標を更新する。
 Step26)次に、選択部205は、選択用パラメータに含まれる終了条件を満たしたか否かを判定する。そして、終了条件を満たしていないと判定された場合、選択部205は、上記のステップStep21に戻る。これにより、終了条件を満たすまで、上記のStep21~Step26が繰り返し実行される。
 一方で、終了条件を満たしたと判定された場合は、最後にStep24で選択されたGNSS衛星信号を示す情報を選択結果とする。
 ここで、選択用パラメータに含まれる終了条件としては、例えば、「Step21が最初に実行されてから所定の時間が経過したこと」が挙げられる。これにより、Step21が最初に実行されてから所定の時間が経過するまで、Step21~Step26が繰り返し実行される。なお、終了条件としては、例えば、「Step21~Step26の繰り返し回数が所定の回数に達したこと」等としてもよいし、「Step24で選択されたGNSS衛星信号のそれぞれに対応するGNSS衛星が、前回の繰り返しにおけるStep24で選択されたGNSS衛星信号のそれぞれに対応するGNSS衛星と変更がないこと」等としてもよい。
 次に、サーバ装置20の通信部201は、上記のステップS503の選択結果(つまり、最後にStep24で選択されたGNSS衛星信号を示す情報)をGNSS受信機10に送信する(ステップS504)。
 そして、GNSS受信機10の測位部103は、通信部104により選択結果を受信すると、当該選択結果に対応する観測データ等を用いて、コード測位(又は搬送波位相測位)によって測位対象である当該GNSS受信機10の測位を行う(ステップS505)。これにより、サーバ装置20で選択されたGNSS衛星信号に対応する観測データ等を用いた高精度な測位を行うことが可能となる。なお、図14に示す測位処理では、選択部205による選択結果を用いてGNSS受信機10が測位を行う場合について説明したが、これに限られず、当該選択結果を用いてサーバ装置20が測位を行ってもよい。この場合、サーバ装置20は、上記のステップS503を実行した後に、選択部205による選択結果を用いて、測位部202により測位を行えばよい。
  (Step21~Step26の他の例(その1))
 ここで、上記のStep21~Step26の代わりに、以下のStep21'~Step27'が実行されてもよい。
 Step21')選択部205は、N個のGNSS衛星信号のそれぞれに対応するGNSS衛星の位置とこれらN個のGNSS衛星信号の送信時刻とを用いて、これらN個のGNSS衛星信号それぞれの初期座標への到達時刻を算出する。
 Step22')次に、選択部205は、N個のGNSS衛星信号のうちのM個(ただし、N>M)の通りの組み合わせのそれぞれに対して、上記のStep21'で算出された到達時刻の平均値を算出する。
 Step23')次に、選択部205は、上記のStep22'で算出した平均値のうち、最も早い時刻を決定する。以降では、この決定された時刻をTとする。
 Step24')次に、選択部205は、選択用パラメータに含まれる許容誤差dTを用いて、T+dTを基準時刻として設定する。
 Step25')次に、選択部205は、上記のStep21'で算出した到達時刻が基準時刻T+dTよりも早いGNSS衛星信号を選択する。
 Step26')上記のStep25'で選択されたGNSS衛星信号のそれぞれに対応するGNSS衛星の数が4機以上である場合、測位部202は、上記のStep25'で選択されたGNSS衛星信号を使用してコード測位を行って、このコード測位の測位結果で初期座標を更新する。
 Step27')次に、選択部205は、選択用パラメータに含まれる終了条件を満たしたか否かを判定する。そして、終了条件を満たしていないと判定された場合、選択部205は、上記のステップStep21'に戻る。これにより、終了条件を満たすまで、上記のStep21'~Step27'が繰り返し実行される。
 一方で、終了条件を満たしたと判定された場合は、最後にStep25'で選択されたGNSS衛星信号を示す情報を選択結果とする。
 ここで、選択用パラメータに含まれる終了条件としては、例えば、「Step21'が最初に実行されてから所定の時間が経過したこと」や「Step21'~Step27'の繰り返し回数が所定の回数に達したこと」、「Step25'で選択されたGNSS衛星信号のそれぞれに対応するGNSS衛星が、前回の繰り返しにおけるStep25'で選択されたGNSS衛星信号のそれぞれに対応するGNSS衛星と変更がないこと」等とすればよい。
  (Step21~Step26の他の例(その2))
 また、上記のStep21~Step26の代わりに、以下のStep21"~Step27"が実行されてもよい。
 Step21")選択部205は、N個のGNSS衛星信号のそれぞれに対応するGNSS衛星の位置とこれらN個のGNSS衛星信号の送信時刻とを用いて、これらN個のGNSS衛星信号それぞれの初期座標への到達時刻を算出する。
 Step22")次に、選択部205は、N個のGNSS衛星信号のうちのM個(ただし、N>M、かつ、Mは4以上)の通りの組み合わせのそれぞれに対して、上記のStep21"で算出された到達時刻の平均値を算出する。
 Step23")次に、選択部205は、上記のStep22"で算出した平均値のうち、最も早い時刻を決定する。以降では、この決定された時刻をTとする。
 Step24")次に、選択部205は、選択用パラメータに含まれる許容誤差dTを用いて、T+dTを基準時刻として設定する。
 Step25")次に、選択部205は、上記のStep22"で算出した平均値のうち、基準時刻T+dTよりも早い平均値に対応する組み合わせに含まれるGNSS衛星信号を選択する。
 Step26")測位部202は、上記のStep25"で選択されたGNSS衛星信号を使用してコード測位を行って、このコード測位の測位結果で初期座標を更新する。
 Step27")次に、選択部205は、選択用パラメータに含まれる終了条件を満たしたか否かを判定する。そして、終了条件を満たしていないと判定された場合、選択部205は、上記のステップStep21"に戻る。これにより、終了条件を満たすまで、上記のStep21"~Step27"が繰り返し実行される。
 一方で、終了条件を満たしたと判定された場合は、最後にStep25"で選択されたGNSS衛星信号を選択結果とする。
 ここで、選択用パラメータに含まれる終了条件としては、例えば、「Step21"が最初に実行されてから所定の時間が経過したこと」や「Step21"~Step27"の繰り返し回数が所定の回数に達したこと」、「Step25"で選択されたGNSS衛星信号のそれぞれに対応するGNSS衛星が、前回の繰り返しにおけるStep25"で選択されたGNSS衛星信号のそれぞれに対応するGNSS衛星と変更がないこと」等とすればよい。
 <まとめ>
 以上のように、第一の実施形態及び第二の実施形態に係る測位システム1では、GNSS受信機10の受信環境等に応じて、当該GNSS受信機10と通信手段30を介して接続されるサーバ装置20で測位を行う。また、第三の実施形態に係る測位システム1では、GNSS受信機10とサーバ装置20との両方で測位を行って、GNSS受信機10で搬送波位相測位のFIX解が得られなかった場合にはサーバ装置20での測位結果をGNSS受信機10に送信する。このため、第一の実施形態~第三の実施形態に係る測位システム1では、例えば、アーバンキャニオン環境等の受信環境が良好でない場所であっても、高精度な測位を実現することができる。
 また、第四の実施形態に係る測位システム1では、GNSS受信機10での測位に使用するGNSS衛星信号をサーバ装置20で選択する。このため、第四の実施形態に係る測位システム1では、例えば、アーバンキャニオン環境等の受信環境が良好でない場所であっても、高精度な測位を実現することができると共に、GNSS衛星信号の選択処理に要する処理時間を削減することも可能となる。
 ここで、上述した第一の実施形態~第四の実施形態では、GNSS受信機10が観測データを記憶部105等に格納せずに、これらの観測データを用いてGNSS受信機10又はサーバ装置20で測位する場合について説明した。このような測位方法はリアルタイム測位とも呼ばれるが、上述した第一の実施形態~第四の実施形態は、リアルタイム測位に限られず、例えば、記憶部105等に格納されている或る時間の間の観測データを用いてGNSS受信機10又はサーバ装置20で測位する場合(これは、後処理測位とも呼ばれる。)についても同様に適用可能である。後処理測位を行う場合、GNSS受信機10は、或る時間の間の観測データを記憶部105等に保存した上で、例えば、GNSS受信機10で測位する場合にはこれらの観測データを用いて測位し、サーバ装置20で測位する場合にはこれらの観測データを当該サーバ装置20に送信すればよい。なお、後処理測位で観測データ等をサーバ装置20に送信する場合には、例えば、RINEX形式等が用いられる。
 本発明は、具体的に開示された上記の各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更、組み合わせ等が可能である。例えば、第一の実施形態~第四の実施形態のうちの少なくとも2つ以上の実施形態を組み合わせることが可能である。
 1    測位システム
 10   GNSS受信機
 11   RF回路
 12   ベースバンド処理回路
 13   通信I/F
 14   メモリ装置
 15   プロセッサ
 20   サーバ装置
 21   通信I/F
 22   プロセッサ
 23   メモリ装置
 30   通信手段
 40   GNSSアンテナ
 101  GNSS受信部
 102  判定部
 103  測位部
 104  通信部
 105  記憶部
 201  通信部
 202  測位部
 203  記憶部
 204  判定部
 205  選択部

Claims (10)

  1.  GNSS衛星からの信号を受信する機器と、前記機器と通信ネットワークを介して接続されるサーバ装置とが含まれる測位システムであって、
     前記機器は、
     前記信号が表す情報を前記サーバ装置に送信する第1の送信手段と、
     前記信号が表す情報を用いて、前記機器の測位を行う第1の測位手段と、を有し、
     前記サーバ装置は、
     前記機器から受信した前記信号が表す情報を用いて、前記機器の測位を行う第2の測位手段と、を有することを特徴とする測位システム。
  2.  前記機器及び前記サーバ装置のいずれか一方は、
     前記信号を前記機器が受信する環境に応じて、前記機器の測位を行う測位主体を前記機器又は前記サーバ装置のいずれとするかを判定する判定手段を有し、
     前記判定手段により前記測位主体が前記機器であると判定された場合は前記第1の測位手段により測位を行い、前記判定手段により前記測位主体が前記サーバ装置であると判定された場合は前記第2の測位手段により測位を行う、ことを特徴とする請求項1に記載の測位システム。
  3.  前記判定手段は、
     前記信号を受信する環境がオープンスカイ環境である場合は前記測位主体を前記機器とすると判定し、前記信号を受信する環境がアーバンキャニオン環境である場合は前記測位主体を前記サーバ装置とすると判定する、ことを特徴とする請求項2に記載の測位システム。
  4.  前記第1の送信手段は、
     前記第1の測位手段で搬送波位相測位のFIX解が得られなかった場合、測位結果の取得要求を前記サーバ装置に送信し、
     前記サーバ装置は、
     前記測位結果の取得要求を受信すると、前記第2の測位手段による搬送波位相測位の測位結果を前記機器に送信する第2の送信手段、を有することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の測位システム。
  5.  前記第2の測位手段は、
     前記機器の過去の測位結果の時間的な変化から、前記機器を搭載又は所持する移動体の属性を特定し、特定した属性に応じて、前記過去の測位結果と地理空間情報とを用いて、前記移動体が移動する道路の一部の領域を特定し、
     特定した領域を測位結果の候補領域として、前記機器の測位を行う、ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の測位システム。
  6.  前記第2の測位手段は、
     レイトレースシミュレーションによるシミュレーション結果と、前記機器が受信した信号が表す情報と、前記機器が前記信号を受信した際の受信状態を表す情報とを用いて、前記機器を測位した測位結果の妥当性を判定する、ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の測位システム。
  7.  サーバ装置と通信ネットワークを介して接続される機器であって、
     GNSS衛星からの信号を受信する受信手段と、
     前記信号が表す情報を前記サーバ装置に送信する第1の送信手段と、
     前記信号の受信環境に応じて、前記機器の測位を行う測位主体を前記機器又は前記サーバ装置のいずれとするかを判定する判定手段と、
     前記判定手段により測位主体が前記機器であると判定された場合に、前記信号が表す情報を用いて、前記機器の測位を行う第2の測位手段と、
     前記判定手段により測位主体が前記サーバ装置であると判定された場合に、前記機器の測位指示を前記サーバ装置に送信する第2の送信手段と、
     を有することを特徴とする機器。
  8.  GNSS衛星からの信号を受信する機器と通信ネットワークを介して接続されるサーバ装置であって、
     前記信号が表す情報を前記機器から受信する受信手段と、
     前記信号が表す情報を用いて、前記機器の測位を行う測位手段と、
     を有し、
     前記測位手段は、前記機器の受信環境に応じて前記機器から送信される測位指示を受信した場合、前記機器の測位を行う、ことを特徴とするサーバ装置。
  9.  GNSS衛星からの信号を受信する機器と、前記機器と通信ネットワークを介して接続されるサーバ装置とが含まれる測位システムにおける測位方法であって、
     前記機器が、
     前記信号が表す情報を前記サーバ装置に送信する第1の送信手順と、
     前記信号が表す情報を用いて、前記機器の測位を行う第1の測位手順と、を実行し、
     前記サーバ装置が、
     前記機器から受信した前記信号が表す情報を用いて、前記機器の測位を行う第2の測位手順と、を実行することを特徴とする測位方法。
  10.  コンピュータを、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の測位システムに含まれる機器における各手段、又は、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の測位システムに含まれるサーバ装置における各手段、として機能させるためのプログラム。
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