WO2021220418A1

WO2021220418A1 - 基準局選択装置、基準局選択方法、及びプログラム

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Publication number: WO2021220418A1
Application number: PCT/JP2020/018162
Authority: WO
Inventors: 誠史吉田
Original assignee: 日本電信電話株式会社
Priority date: 2020-04-28
Filing date: 2020-04-28
Publication date: 2021-11-04
Also published as: JP7443500B2; JPWO2021220418A1

Abstract

移動局において搬送波位相測位に使用する基準局を、地理的に分散配置された複数の基準局の中から選択する基準局選択装置において、前記複数の基準局における各基準局の情報を取得する情報取得部と、前記複数の基準局のうちの基線長が所定閾値以下である１以上の基準局の中から、基線長以外の情報を含む１以上の情報に基づいて、前記移動局において搬送波位相測位に使用する基準局を選択する選択部とを備える。

Description

基準局選択装置、基準局選択方法、及びプログラム

　本発明は、移動局の位置を高精度に計測する技術に関連するものである。

　近年、航法衛星システム、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）による測位が幅広いアプリケーションにおいて活用されている。

　ＧＮＳＳ搬送波位相測位方式（又はＧＮＳＳ干渉測位方式：以降、搬送波位相測位）においては、移動局は、自身のＧＮＳＳ衛星信号受信装置（以降、衛星信号受信装置）で受信した複数のＧＮＳＳ衛星信号（以降、衛星信号）の観測データと、位置が既知の基準点に置かれた固定局（基準局）における衛星信号受信装置で受信した衛星信号の観測データ及び固定局（基準局）の位置情報を用いて移動局の固定局に対する相対的な変位（基線ベクトル）を算出するために、搬送波位相測位演算による基線解析（以降、搬送波位相測位演算）を実施する。ここで、観測データとは衛星信号受信装置の信号処理における疑似距離および搬送波位相計測の結果の情報であり、Ｒａｗ　ｄａｔａ（生データ）とも呼ばれる。尚、以降の説明では観測データは衛星信号を受信することによって得られる測位に必要な情報（航法メッセージに含まれる情報、等）を含むものとする。搬送波位相測位の方式として、例えば、リアルタイムキネマティック（Ｒｅａｌ　Ｔｉｍｅ　Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ）方式が使用される。

　搬送波位相測位において、移動局と固定局の距離（基線長）が長くなると、搬送波位相測位演算における測位解の収束（Ｆｉｘ）率や測位精度が劣化するため、移動局の移動に伴い、適宜、固定局を切り替える（つまり、固定局を選択する）必要がある。なお、静止した固定局を基準局として使用することに加え、移動体も基準局（Ｍｏｖｉｎｇ　Ｂａｓｅ　Ｓｔａｔｉｏｎ）として使用することができる。

ネットワーク　ＲＴＫ－ＧＰＳ　測位に関する研究修士学位論文平成１５年度（２００３）東京商船大学　商船学研究科　流通情報工学専攻　田中慎治

　地理的に分散配置された複数の基準局を使用するシステムにおいては、移動局は、移動局に最も近い（基線長が最も短い）基準局を選択する手順が一般的であった。しかし、基線長のみに基づいて基準局を選択した場合に、必ずしも高い測位精度が得られない場合があるという課題がある。例えば、移動局からの基線長が最短の基準局における衛星信号の受信状態が悪い場合には、移動局からの基線長がより長い別の基準局を選択したほうが、より高い測位精度を得られる場合がある。

　本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、移動局が安定して高い測位精度を得られるように基準局を動的に、かつ適切に選択することを可能とする技術を提供することを目的とする。

　開示の技術によれば、移動局において搬送波位相測位に使用する基準局を、地理的に分散配置された複数の基準局の中から選択する基準局選択装置であって、
　前記複数の基準局における各基準局の情報を取得する情報取得部と、
　前記複数の基準局のうちの基線長が所定閾値以下である１以上の基準局の中から、基線長以外の情報を含む１以上の情報に基づいて、前記移動局において搬送波位相測位に使用する基準局を選択する選択部と
　を備える基準局選択装置が提供される。

　開示の技術によれば、移動局が安定して高い測位精度を得られるように基準局を動的に、かつ適切に選択することを可能とする技術が提供される。

基線長に基づいて基準局を選択する例を説明するための図である。本発明の実施の形態における処理の概要を説明するための図である。基準局選択装置の構成図である。基準局選択装置の動作例を示すフローチャートである。基準局の候補が移動体である場合の例を示す図である。移動局が基準局選択装置の機能を備える場合の動作概要を示す図である。移動局が基準局選択装置の機能を備える場合の移動局の構成例を示す図である。装置のハードウェア構成例を示す図である。

　以下、図面を参照して本発明の実施の形態（本実施の形態）を説明する。以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限定されるわけではない。

　本実施の形態において、移動局による搬送波位相測位で用いられる基準点に配置される局を「基準局」と呼ぶ。また、測位を行う対象（位置が未知であるもの）を「移動局」と呼ぶ。

　基準局は、地面等に固定されている固定局であってもよいし、移動する移動体であってもよい。以下、基準局が固定局であることを明示する場合に、基準局（固定局）と記載し、基準局が移動体であることを明示する場合に、基準局（移動体）と記載する場合がある。

　（実施の形態の概要）
　本実施の形態では、後述する基準局選択装置１００が、移動局１０の搬送波位相測位に用いる基準局を、複数の候補から、基線長及びそれ以外の情報に基づいてダイナミック、かつ適切に選択する。

　まず、比較のために、基線長のみに基づいて基準局を選択する場合の例を図１を参照して説明する。図１に示す例では、移動局１０が搬送波位相測位に使用する基準局の候補として、基準局Ａ、基準局Ｂ、及び基準局Ｃが存在する。

　例えば、移動局１０は、基準局Ａ、基準局Ｂ、及び基準局Ｃのぞれぞれの位置情報をネットワーク上のサーバから受信する。なお、移動局１０が、基準局Ａ、基準局Ｂ、及び基準局Ｃのぞれぞれの位置情報を予め保持しておいてもよいし、基準局Ａ、基準局Ｂ、及び基準局Ｃからそれぞれの位置情報を受信してもよい。

　移動局１０は、自身の位置情報（例えば、コード測位による位置情報）と、基準局Ａ、基準局Ｂ、及び基準局Ｃのぞれぞれの位置情報に基づいて、移動局１０との直線距離（基線長）が最も短い基準局を、搬送波位相測位に使用する基準局として選択する。

　図１の例では、基準局Ｂが選択されている。しかし、例えば、基準局Ｂが固定局である場合において、その衛星信号の受信状態が良好でなければ、移動局１０による搬送波位相測位演算（基線長解析）の結果得られる相対的な位置の精度も悪くなる。また、例えば、基準局Ｂが移動体である場合において、基準局Ｂが衛星信号を良好に受信できない環境（例：アーバンキャニオン環境）を走行中には、移動局１０は搬送波位相測位演算の収束（Ｆｉｘ）解が得られず、フロート解又はディファレンシャル解（ＤＧＮＳＳ解）しか得られない可能性がある。

　今後、例えば自動走行などのアプリケーションにおいては、基準局（固定局）、基準局（移動体）がいずれもより高密度に配置されることが想定される。その場合、許容できる最大の基線長（例：１０ｋｍ）の範囲内に複数の基準局（候補となる基準局）が存在することがある。また、多くの建造物が存在するアーバンキャニオン受信環境における基準局は必ずしもオープンスカイに近い、良好な受信環境を確保できるとは限らない。そのような状況では、単に基線長が最短であるという条件のみでは適切な基準局を選択できない可能性が生じる。つまり、使用可能な、より適した基準局があるにもかかわらず、その基準局を選択できない可能性が生じる。

　そこで、本実施の形態では、基線長に加えて、基線長以外の情報に基づいて、移動局１０が搬送波位相測位に使用する基準局を適切に選択する。

　図２を参照して、本実施の形態の、移動局１０、基準局Ａ～Ｃが存在する場合における構成と動作の例を説明する。図２に示すように、本実施の形態では基準局選択装置１００が備えられる。基準局選択装置１００は、モバイルネットワークやインターネット等の通信ネットワークを介して各基準局、及び移動局１０と通信可能である。

　基準局選択装置１００は、各基準局から基準局の情報をリアルタイムに収集する（Ｓ１～Ｓ３）。リアルタイムに収集するとは、その時点の情報を、例えば、予め定めた周期、あるいは、情報に変動があったタイミングで収集することである。なお、ダイナミックには変動しない情報、例えば、基準局（固定局）の位置情報に関しては、リアルタイムでの収集とは別に、長周期（例：１日に１回）で収集することとしてもよい。収集された情報は、基準局選択装置１００内の、後述するデータ格納部１３０に格納される。

　収集する情報は、基準局選択のための判断に使用する情報であり、具体的な情報の例については後述する。

　Ｓ４において、移動局１０は、基準局選択装置１００に対して、搬送波位相測位に使用するための、移動局１０にとって最適な基準局を選択することを要求する、「選択要求」を送信する。この選択要求には、基準局選択の判断に使用する、移動局１０の情報（例：移動局１０の位置情報、移動局１０の衛星信号受信状態、等）が含まれている。なお、移動局１０の基準局選択の判断に使用する情報については、Ｓ４のタイミングではないタイミング（例えば周期的タイミング）で基準局選択装置１００に送信することとしてもよい。

　基準局選択装置１００は、Ｓ１～Ｓ３で各基準局から収集した情報と、Ｓ４で受信した選択要求に含まれる情報とに基づいて、移動局１０にとって、その時点で最適な基準局を選択し、選択結果を移動局１０に送信する（Ｓ５）。移動局１０は、選択結果として通知された基準局を使用して搬送波位相測位演算を実行する。

　基準局選択装置１００は、基線長及びそれ以外の情報を用いて、移動局１０にとっての最適な基準局を選択する。以下、そのための構成及び動作例を説明する。なお、最後に「変形例」を説明するが、「変形例」の説明の前までに説明する例を「基本例」と呼ぶ。

　（基準局選択装置１００の構成例）
　図３に基準局選択装置１００の機能構成例を示す。図３に示すように、基準局選択装置１００は、情報取得部１１０、選択部１２０、データ格納部１３０、情報提供部１４０を有する。

　情報取得部１１０は、各基準局から送信された情報を取得するとともに、移動局１０から送信された情報を取得する。取得されたこれらの情報はデータ格納部１３０に格納される。

　選択部１２０は、データ格納部１３０から情報を読み出し、読み出した情報を用いて移動局１０にとってその時点で最適な基準局を選択する。情報提供部１４０は、選択部１２０により選択された基準局の情報を移動局１０に送信する。

　なお、移動局１０が、選択された基準局を用いた搬送波位相測位演算を行う際の当該基準局の観測データ及び位置情報に関して、移動局１０は、直接に当該基準局から受信してもよいし、基準局選択装置１００から受信してもよいし、基準局選択装置１００以外のネットワーク上のサーバから受信してもよい。

　（基準局選択装置の動作例）
　次に、図４のフローチャートの手順に沿って基準局選択装置１００の動作例を説明する。基準局選択装置１００のデータ格納部１３０には基準局選択に必要な各基準局の情報が既に格納されているものとする。基準局の情報には、基準局の位置情報、及び、基準局選択のために必要な、基準局の情報が含まれる。

　　＜Ｓ１０１＞
　Ｓ１０１において、基準局選択装置１００の情報取得部１１０が、移動局１０から基準局の選択要求を受信する。選択要求には、少なくとも移動局１０の位置情報、及び、基準局選択のために必要な、移動局１０の情報（衛星信号受信状態の情報、等）が含まれている。なお、情報取得部１１０は、移動局１０の位置情報を、移動局１０が接続しているモバイルネットワーク等から取得してもよい。

　　＜Ｓ１０２＞
　Ｓ１０２において、選択部１２０は、移動局１０の位置情報と、移動局１０の周辺の複数の基準局の位置情報とを用いて、移動局１０と各基準局との間の基線長を算出し、基線長が閾値以下となる基準局を抽出する。本実施の形態では、ここで複数の基準局が抽出されたものとする。閾値は、例えば１０ｋｍである。

　　＜Ｓ１０３～Ｓ１０６＞
　Ｓ１０３において、Ｓ１０２で抽出された複数の基準局の中から、後述する判断基準に基づいて、１以上の基準局を選択する。Ｓ１０４において、２つ以上の基準局が選択されたかどうかの判定が行われる。２つ以上の基準局が選択された場合には、Ｓ１０４がＹｅｓとなってＳ１０５に進み、１つの基準局が選択された場合にはＳ１０６に進む。

　Ｓ１０５において、選択部１２０は、２つ以上の基準局のうち、基線長が最短の基準局を選択する。Ｓ１０６において、情報提供部１４０は、選択された１つの基準局の情報を移動局１０に通知する。

　（基準局選択の判断基準例）
　以下、選択部１２０による基準局選択の判断基準（判断方法）の例を説明する。以下、便宜上、個々の判断基準で基準局を選択する場合の例を説明し、その後に条件選択やスコア化等の判断基準の組み合わせの例について説明する。以下の各判断方法で用いられる情報は、各基準局及び移動局１０から収集され、データ格納部１３０に格納されており、選択部１２０は、データ格納部１３０から読み出した情報に基づいて基準局の選択を行う。

　　＜（例１）基線長＞
　例１では、選択部１２０は、移動局１０と基準局との間の直線距離（基線長）に基づき、移動局１０の搬送波位相測位に使用する基準局を選択する。

　本実施の形態では、前述したように、基線長の閾値を設け、その閾値の範囲にある１以上の基準局を選択するといったように、基準局の候補を絞る際に基線長を使用する。また、基線長以外の判断基準によって複数の基準局が選択された場合において、当該複数の基準局の中から基線長が最短の基準局を選択するといったように、最終的に基準局を決定する際に基線長を使用することもできる。

　　＜（例２）位置精度＞
　移動局１０は、自身の観測データ、選択された基準局による観測データ、及び選択された基準局の位置情報を用いて搬送波位相測位演算を行うことにより、基線長を算出し、自身の絶対位置を得る。基準局の位置情報は、当該基準局から移動局１０に通知される。あるいは、基準局選択装置１００が、当該基準局から位置情報を受信し、それを移動局１０に通知してもよいし、移動局１０が、基準局選択装置１００以外のネットワーク上のサーバから当該基準局の位置情報を受信してもよい。

　移動局１０の搬送波位相測位演算（基線長解析）で使用される基準局の位置精度が低いと、その結果得られる移動局１０の測位解の精度も低くなる。

　そこで、例２では、選択部１２０は、基準局の位置精度に基づいて、移動局１０の搬送波位相測位に使用する基準局を選択する。

　例えば、各基準局が、自身の位置精度の指標値（精度指標値）を保持し、その精度指標値を基準局選択装置１００に通知し、基準局選択装置１００はその精度指標値をデータ格納部１３０内に保持しているとする。

　一例として、精度指標値が０～１００の値をとり、値が大きいほど精度が良い（高い）とする。移動局１０が使用する基準局の候補として、基準局Ａ、基準局Ｂ、基準局Ｃ、基準局Ｄの４つの基準局があるとし、それぞれの精度指標値は、基準局Ａ＝９０、基準局Ｂ＝８５、基準局Ｃ＝７５、基準局Ｄ＝６０であるとする。

　例えば、選択部１２０は、位置精度が最も良い（高い）基準局として基準局Ａを選択する。あるいは、精度指標値の閾値が設定され、精度がその閾値以上の基準局を選択することとしてもよい。一例として、閾値＝８０とすると、選択部１２０は、基準局Ａと基準局Ｂを選択する。

　上記の精度指標値の設定に関して、例えば、基準局が電子基準点である場合には、精度指標値＝１００といった、高い値が設定される。また、基準局（電子基準点以外の基準局）が固定局であり、かつ電子基準点を基準局として用いて搬送波位相測位演算による収束（Ｆｉｘ）解に基づき自身の位置情報を得ている場合、電子基準点へのトレーサビリティが高いため、例えば、精度指標値＝９０といった高い値が設定される。一方、同じ基準局についても収束（Ｆｉｘ）解が得られず、フロート解しか得られていない場合には精度指標値＝７０といったやや低い値が設定される。このように精度指標値は時間的に一定ではなく、ダイナミックに設定されてもよい。

　また、例えば、基準局（電子基準点以外の基準局）が固定局であっても、「電子基準点を基準局として用いて、搬送波位相測位演算を行うことで自身の位置情報を得ている基準局」の観測データを用いて搬送波位相測位演算を行うことで、自身の位置情報を得ている基準局である場合、電子基準点へのトレーサビリティが上記の場合よりも低下するため、例えば、精度指標値＝８０といった値が設定される。

　また、例えば、基準局が移動体である場合には、通常は基準局が固定局である場合よりも精度指標値としてより低い値が設定される。ただし、移動体が、絶対位置測位部（ＧＮＳＳ搬送波位相測位手段）とともに、高精度の相対位置測位部（ＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｕｎｉｔ）、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｒａｎｇｉｎｇ）、等）を備え、それらを連携させて動作させる、複合測位の仕組みを備えることで、常時、精度の高い測位を行うことができる場合には、精度指標値としてはこれを考慮した、より高い値が設定される。

　上述した精度指標値の設定は、基準局の保有者、あるいは、基準局選択装置１００のサービス提供者等が、マニュアル（手動）で設定してもよいし、上記の例で示したようなルールをプログラム化して、基準局自身が、あるいは、基準局選択装置１００が、自動的に精度指標値の設定を行うこととしてもよい。また、前述の通り、精度指標値は動的に設定されてもよい。

　基準局の位置精度に基づいて基準局を選択する場合に、上記のように精度指標値を用いることは一例である。精度指標値を用いずに、例えば、電子基準点へのトレーサビリティ（電子基準点まで何ホップ離れているか、等）に応じて、電子基準点へのトレーサビリティが高いほど（電子基準点へのホップ数が小さいほど）、位置精度が良いとみなして基準局を選択することとしてもよい。

　ある基準局の電子基準点へのトレーサビリティ（電子基準点まで何ホップ離れているか）をどのように把握するかに関しては、例えば、情報取得部１１０が、各基準局から、各基準局の位置を特定するための、搬送波位相測位に使用している基準局の情報を受信することで知ることができる。例えば、基準局Ａが搬送波位相測位に電子基準点を使用しており、基準局Ｂが搬送波位相測位に基準局Ａを使用していることがわかれば、基準局Ａの電子基準点までのホップ数は１であり、基準局Ｂのそれは２であることがわかる。

　＜（例３）衛星信号受信状態＞
　基本的に、移動局１０が良好に受信している衛星信号と、基準局が良好に受信している衛星信号との一致の度合いが高いほうが、それが低い場合よりも、移動局１０による搬送波位相測位演算の精度や収束（Ｆｉｘ）率は高くなることが期待される。例３はこのような観点に基づく例であり、以下、例３－１～例３－３を説明する。なお、例３－１、例３－２、例３－３はそれぞれ単独で使用してもよいし、いずれか複数（全部を含む）を組み合わせて適用してもよい。

　＜例３－１＞
　例３－１では、選択部１２０は、移動局１０が良好に受信している衛星信号と、基準局が良好に受信している衛星信号との一致の度合いに基づいて、移動局１０の搬送波位相測位に用いる基準局を選択する。なお、「良好に受信している」ことは、例えば、衛星信号の受信品質（例：ＣＮＲ（Ｃａｒｒｉｅｒ－ｔｏ－Ｎｏｉｓｅ　Ｒａｔｉｏ：キャリア対雑音比）やＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ－ｔｏ－Ｎｏｉｓｅ　Ｒａｔｉｏ：信号対雑音比））が所定の閾値以上であることで判定することができる。以下、例として、受信品質としてＣＮＲを用いる。

　例えば、移動局１０と各基準局はそれぞれ、受信した衛星信号の識別情報（コード）と、そのＣＮＲを、リアルタイムの情報として基準局選択装置１００に送信する。選択部１２０はそれらの情報に基づき基準局を選択する。

　一例として、候補の基準局が基準局Ｘ、基準局Ｙの２つあるとし、基準局Ｘ、基準局Ｙ、移動局１０がそれぞれ閾値以上のＣＮＲで受信した衛星信号が（基準局Ｘ＝Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５）、（基準局Ｙ＝Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８）、（移動局１０＝Ｓ１、Ｓ２、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８）であるとする。

　この場合、基準局Ｘと基準局Ｙのうち、基準局Ｙのほうが移動局１０との一致度合いが高い（一致している衛星信号の数が多い）ので、選択部１２０は、基準局Ｘと基準局Ｙのうち基準局Ｙを選択する。

　上記の例では、ＣＮＲの高い衛星信号を用いているが、その理由は、ＣＮＲの高い衛星信号が、可視衛星信号（建物等に遮られることなくＧＮＳＳ衛星から直接に届く信号）である可能性が高いと推定できるからである。

　ＣＮＲを用いることに代えて、各基準局の位置情報と、移動局１０の位置情報（コード測位による位置情報でよい）と、各ＧＮＳＳ衛星の軌道情報と、各基準局、移動局の周辺の構造物の地理空間情報（ダイナミックマップ、３次元建物地図、天空画像情報、等）とに基づいて、移動局１０と各基準局それぞれの現在時刻での可視衛星信号を算出し、それらの一致の度合に基づいて基準局の選択を行ってもよい。

　また、移動局１０及び基準局（移動体）に関してはＣＮＲを用い、基準局（固定局）に関しては、各基準局の位置情報と、各ＧＮＳＳ衛星の軌道情報と、基準局の周辺の構造物の地理空間情報（ダイナミックマップ、３次元建物地図、天空画像情報、等）とに基づいて、現在時刻での可視衛星信号を算出する手法を用いてもよい。基準局（固定局）の周辺の構造物の地理空間情報の経時的な変動は小さいと考えられるので、スカイプロット上で基準局（固定局）のＧＮＳＳアンテナ周辺の構造物の各方位に対する仰角閾値の情報（方位マスク）を予め保持しておけば、より少ない処理で可視衛星信号の判定を行うことができる。

　＜例３－２＞
　例３－２では、選択部１２０は、移動局１０が良好に受信している衛星信号と、基準局が良好に受信している衛星信号とのうち、一致する衛星信号により得られるＤＯＰ（Ｄｉｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）値に基づいて基準局を選択する。ＤＯＰ値は、衛星の配置状態を指標化した値であり、値が小さいほど期待される測位精度が高い傾向を示す。

　例３－２における「良好に受信している衛星信号」とは、受信品質（ＣＮＲ、ＳＮＲ等）に基づいて選択された衛星信号であってもよいし、移動局、各基準局の位置情報、各ＧＮＳＳ衛星の軌道情報、移動局、各基準局の周辺の構造物の地理空間情報、等から計算で得られる可視衛星信号であってもよい。

　一例として、候補の基準局が基準局Ｘ、基準局Ｙの２つあるとし、基準局Ｘ、基準局Ｙ、移動局１０がそれぞれ良好に受信している衛星信号が（基準局Ｘ＝Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ５）、（基準局Ｙ＝Ｓ３、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８）、（移動局１０＝Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８）であるとする。

　このとき、基準局Ｘと移動局１０との間で一致する衛星信号はＳ１、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ５である。基準局Ｙと移動局１０との間で一致する衛星信号はＳ３、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８である。もしも、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ５でのＤＯＰ値が２であり、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８でのＤＯＰ値が３である場合、選択部１２０は、基準局Ｘと基準局Ｙのうち、基準局Ｘを選択する。

　＜例３－３＞
　使用する衛星信号の衛星種別及び周波数帯の一致度合いが高ければ、移動局１０の搬送波位相測位解の精度が高いことが期待できる。そこで、例３－３では、選択部１２０は、移動局１０が使用する衛星信号の衛星種別、周波数帯と、各基準局が使用する衛星信号の衛星種別、周波数帯の一致度合いに基づいて、移動局１０の搬送波位相測位に用いる基準局を選択する。

　一例として、候補の基準局が基準局Ｘ、基準局Ｙの２つあるとし、基準局Ｘ、基準局Ｙ、移動局１０がそれぞれ使用する衛星信号の衛星種別（Ａ、Ｂ、Ｃ）及び周波数帯（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）を（基準局Ｘ＝Ａ_Ｆ１、Ｂ_Ｆ１、Ｂ_Ｆ２、Ｃ_Ｆ１、Ｃ_Ｆ２、Ｃ_Ｆ３）、（基準局Ｙ＝Ａ_Ｆ１、Ａ_Ｆ２、Ａ_Ｆ３、Ｂ_Ｆ１、Ｂ_Ｆ２、Ｃ_Ｆ１）、（移動局１０＝Ａ_Ｆ１、Ａ_Ｆ２、Ｂ_Ｆ１、Ｂ_Ｆ２、Ｃ_Ｆ１）であるとする。なお、「Ａ_Ｆ１」は、衛星種別Ａに対して周波数帯Ｆ１を使用していることを意味する。他も同様である。

　この場合、基準局Ｘと基準局Ｙのうち、基準局Ｙのほうが移動局１０との一致度合いが高い（一致している衛星種別、周波数帯の数が多い）ので、選択部１２０は、基準局Ｘと基準局Ｙのうち基準局Ｙを選択する。

　＜（例４）信頼性＞
　移動局１０が搬送波位相測位を行うために用いる基準局の信頼性が高いほうが、信頼性が低い場合よりも、安定して高い測位精度を保つ観点で好ましい。

　信頼性の指標として、過去の基準局のアベイラビリティ（稼働率）の実績、接続しているネットワークの品質（リンク状態、パケット損失率、伝搬遅延、等）、基準局の干渉信号の受信状況、収束（Ｆｉｘ）率、サイクルスリップ率、収束（Ｆｉｘ）状態、等がある。なお、これらは例であり、これら以外の指標が信頼性の指標として用いられてもよい。

　これらそれぞれの情報は、リアルタイムの情報として各基準局から基準局選択装置１００に送信される。ただし、リアルタイム性の低い情報（例えばアベイラビリティの実績）については、例えば、各基準局を管理するサーバ等から基準局選択装置１００に送信されることとしてもよい。基準局選択装置１００は、候補の複数の基準局の中で、信頼性の最も高い基準局を選択する。あるいは、基準局選択装置１００は、信頼性が予め定めた閾値よりも高い１以上の基準局を選択する。

　以下、上記の指標の具体例のそれぞれについて説明する。以下で説明するアベイラビリティの実績、ネットワークの品質（リンク状態、パケット損失率、伝搬遅延、等）、干渉信号の受信状況、収束（Ｆｉｘ）率、サイクルスリップ率、収束（Ｆｉｘ）状態、等は、それぞれ単独で用いてもよいし、いずれか複数（全部を含む）を組み合わせることで、信頼性の１つの指標値を得ることとしてもよい。

　　　　＜アベイラビリティの実績＞
　基準局のアベイラビリティは、ある時点でその基準局からサービスを受けることのできる確率である。本例の場合、サービスを受けるとは、基準局により、移動局１０が利用する観測データ及び位置情報を得られることである。例えば、基準局が老朽化していて、たびたび故障が発生する場合、アベイラビリティは低くなる。また、多少老朽化していても、ホットスタンバイ等の二重化構成になっていれば、アベイラビリティの低下は抑えられる。

　　　　＜ネットワークの品質＞
　ネットワークの品質における「ネットワーク」とは、基準局が接続されるネットワークであり、そのネットワークを介して、基準局で得られた観測データ及び位置情報が移動局１０又は基準局選択装置１００に送信される。そのネットワークの品質が低い場合（例：不定期にリンクが切断する、頻繁にパケットが損なわれる、伝搬遅延が大きい）場合、移動局１０は、当該基準局の観測データ及び位置情報を受信できない場合が生じる。よって、ネットワークの品質は高いほうがよい。

　　　　＜干渉信号の受信状況＞
　例えば、基準局の近くにモバイル網の基地局が存在する場合、基地局からのダウンリンク信号が、基準局が受信する衛星信号に対する干渉信号として定常的に影響を与える場合がある。そのほかにも様々な干渉信号源が想定される。基準局が干渉信号を受ける場合、基準局が受信する衛星信号の受信品質が低下し、衛星信号の搬送波の位相の観測を正確に行えない場合が生じる。よって、干渉信号の強度は小さいほうがよい。尚、干渉信号の強度は衛星信号の帯域外の信号を低減する周波数フィルタを実装する等の手段により、衛星信号を受信する際にその影響を低減することができる。

　　　　＜収束（Ｆｉｘ）率＞
　収束（Ｆｉｘ）率とは過去のある期間において収束（Ｆｉｘ）状態にあった時間の比率である。収束（Ｆｉｘ）率は当該基準局（及び当該基準局が搬送波位相測位演算に使用する（参照する）基準局）の衛星信号の受信状況や当該基準局の搬送波位相測位性能に依存する。収束（Ｆｉｘ）率が高い場合、当該基準局は比較的良好な受信環境（開空間率の高い、オープンスカイに近い受信環境）にあり、当該基準局の搬送波位相測位性能が高いことが想定されるので、将来も収束（Ｆｉｘ）率が高いことが期待される。したがって収束（Ｆｉｘ）率が高い場合、その基準局の信頼性は高い。収束（Ｆｉｘ）率は高いほうがよい。

　　　　＜サイクルスリップ率＞
　サイクルスリップとは、基準局による衛星信号の観測中に衛星信号の受信に瞬断やマルチパスによる伝送路長の瞬時の変化が発生すると、衛星信号受信装置において衛星信号の搬送波位相への同期が一時的に中断し、位相データにずれ（とび）が生じることである。サイクルスリップ率は、サイクルスリップが生じる割合である。ある基準局のサイクルスリップ率が高い場合、その基準局の信頼性は低い。サイクルスリップ率は低いほうがよい。

　　　　＜収束（Ｆｉｘ）状態＞
　基準局において、参照する基準局（電子基準点等）との搬送波位相測位の収束（Ｆｉｘ）解が得られておらず、フロート解しか得られていない状態は、波数の整数値バイアスのアンビギュイティーが解決されていない状態であり、その状態で得られる位置精度は低いと推定される。よって、収束（Ｆｉｘ）解が得られているかどうかを示す収束（Ｆｉｘ）状態は、基準局の精度の信頼性の指標となる。なお、収束（Ｆｉｘ）状態の情報を前述のとおり、位置精度の指標として用いてもよい。

　　　＜指標の使用例＞
　上述した各指標について、それぞれの値や状態そのものを条件として基準局選択に使用してもよいし、統一された指標値（ここでは信頼性指標値と呼ぶ）に変換して基準局選択に使用してもよい。それぞれの指標値から統一された信頼性指標値への変換はマニュアルで行ってもよいし、ルールを決めて自動で行ってもよい。また、複数の指標値を組み合わせることで１つの信頼性指標値（メトリックス）を導出することとしてもよい。例えば、「アベイラビリティ×Ａ＋パケット損失率×Ｂ＋干渉信号強度×Ｃ＋サイクルスリップ率×Ｄ」（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは予め定めた定数）を信頼性指標値としてもよい。

　一例として、信頼性指標値が０～１００の値をとり、値が大きいほど信頼性が高いとする。移動局１０が使用する基準局の候補として、基準局Ａ、基準局Ｂ、基準局Ｃ、基準局Ｄの４つの基準局があるとし、それぞれの信頼性指標値は、基準局Ａ＝９９、基準局Ｂ＝８５、基準局Ｃ＝７５、基準局Ｄ＝５０であるとする。

　例えば、選択部１２０は、信頼性の最も高い基準局として基準局Ａを選択する。あるいは、信頼性指標値の閾値が設定され、精度がその閾値以上の基準局を選択することとしてもよい。一例として、閾値＝８０とすると、選択部１２０は、基準局Ａと基準局Ｂを選択する。

　（基準局選択の判断基準を組み合わせて使用する例）
　基準局選択装置１００は、少なくとも、上述した例１～例４の判断基準に基づく各条件に基づき基準局を絞りこんでもよい。また、少なくとも、上述した例１～例４の判断基準のいずれか複数（又は全部）を組み合わせ、スコア化することで、基線長が閾値以下の複数の基準局の中から、移動局１０が搬送波位相測位に使用する基準局を選択することとしてもよい。

　例えば、スコアＳを「Ｓ＝基線長指標値×α＋位置精度指標値×β＋衛星信号受信状態指標値×δ＋信頼性指標値×γ」（α、β、δ、γは予め定めた定数）で計算し、Ｓが最大の基準局を選択する。α、β、δ、γは、例えば、予め実験等で決めておく。なお、α、β、δ、γのいずれか１以上の定数は０であってもよい。例えば、基線長は、最初に基準局の候補を絞るためだけに使用することとして、上記スコアの算出では、αを０としてよい。つまり、基線長指標値を上記スコアの計算から除いてもよい。

　また、ユースケースによって、基準局選択のために使用する判断基準の組み合わせを変えてもよい。また、スコアＳの算出にあたって使用する個々の項目（例えば、信頼性）において、具体的にどの指標を使用するか（例えば、収束（Ｆｉｘ）状態を用いるかどうか）をユースケースに応じて決定してもよい。以下、ユースケースの例として、ユースケース１～ユースケース３を説明する。

　（ユースケース１）
　ユースケース１は、選択対象の基準局が移動体である場合の例である。この移動体は例えば車両である。この場合、例えば、図５に示すように、移動局１０が搬送波位相測位に用いる基準局の候補（基線長が閾値以下の基準局）としての、基準局（移動体）２０と基準局（移動体）３０が、移動局１０の近傍を図示の方向に走行している。図２で示した場合と同様に、この場合でも、基準局の選択のために必要な情報は移動局１０及び、基準局（移動体）２０と基準局（移動体）３０からそれぞれ基準局選択装置１００に送信されているとする。

　この場合、基準局選択装置１００の選択部１２０は、上述した「Ｓ＝基線長指標値×α＋位置精度指標値×β＋衛星信号受信状態指標値×δ＋信頼性指標値×γ」を基準局（移動体）２０と基準局（移動体）３０のそれぞれについて計算し、Ｓが高いほうの基準局（移動体）を選択する。ただし、ユースケース１では、「信頼性」について、基準局（移動体）が、別の基準局Ａ（固定局）を使用した搬送波位相測位で収束（Ｆｉｘ）解が得られている場合に、「信頼性指標値×γ」の部分のスコアが高くなることとしている。

　また、「位置精度指標値」について、基準局（移動体）が、絶対位置測位部に加えて相対位置測位部（ＩＭＵ、ＬｉＤＡＲ、等）を搭載し、その性能（精度）が高く、かつ、絶対位置の情報に基づき相対測位を行っている場合の測位精度が高い場合に、「位置精度指標値×β」のスコアが高くなることとしている。基準局（移動体）においてはスコアの値は経時的に変化するため、適宜、保護時間を設定した上でスコアに基づき、基準局を動的に選択することができる。

　（ユースケース２）
　ユースケース２は、移動局１０がドローン（飛行体）であり、当該移動局１０を空中で停止させる（ホバリングさせる）制御を行うユースケースである。

　この場合でも、基準局選択装置１００の選択部１２０は、上述した「Ｓ＝基線長指標値×α＋位置精度指標値×β＋衛星信号受信状態指標値×δ＋信頼性指標値×γ」を、基線長が閾値以下となる複数の基準局のそれぞれについて計算し、Ｓが最も高い基準局を選択する。ただし、ユースケース２では、移動局１０の絶対位置の精度は重要ではなく、ある固定しているものに対して相対的に停止していることが重要である。従って、「位置精度指標値」に関して、基準局の電子基準点へのトレーサビリティの高低よりも、候補となる基準局（固定局）の信頼性（ネットワーク品質等）が高い場合のほうがスコアＳが高くなる。

　（ユースケース３）
　ユースケース３は、橋梁等の構造物の変位（傾き、沈下、変形等）を監視するユースケースである。このユースケースでは、監視対象の構造物の１以上の箇所にセンサ（ここでは、このセンサを「移動局１０」と呼ぶ）を設置し、移動局１０の搬送波位相測位の結果により、構造物の変位を監視する。

　この場合でも、基準局選択装置１００の選択部１２０は、上述した「Ｓ＝基線長指標値×α＋位置精度指標値×β＋衛星信号受信状態指標値×δ＋信頼性指標値×γ」を、基線長が閾値以下となる複数の基準局のそれぞれについて計算し、Ｓが最も高い基準局を選択する。ただし、ユースケース３では、「位置精度指標値」の観点で、基準局が移動体である場合、「位置精度指標値×β」のスコアが非常に低くなり、実質、移動体である基準局は候補から除かれる。一方、信頼性が高く、かつ、電子基準点へのトレーサビリティが高い基準局（固定局）が選択され易くなる。

　また、リアルタイム性は重要でないため、例えば、１日のうちのある時間帯だけ、位置精度及び信頼性が、他の基準局のいずれの時間帯の位置精度及び信頼性よりも高くなる基準局がある場合、その時間帯においてその基準局を使用した搬送波位相測位を行うようにしてもよい。

　（変形例）
　以上説明した基本例では、図２に示したように、基準局選択装置１００が移動局１０とは別に備えられる。ただし、これは一例である。移動局１０の中に基準局選択装置１００の機能が含まれてもよい。この形態を変形例として説明する。

　図６に示すように、変形例では、移動局１０が、各基準局から、基準局選択のために必要な情報を収集し、収集した情報に基づいて、自身が搬送波位相測位に使用する基準局を選択する。収集する情報や、基準局の選択方法は基本例における基準局選択装置１００により収集される情報、実施される選択方法と同じである。なお、変形例では、移動局１０が基準局の選択を行うことから、移動局１０を「基準局選択装置」と呼んでもよい。

　図７に、変形例における移動局１０の機能構成図を示す。図７に示すように、変形例における移動局１０は、情報取得部１１、選択部１２、データ格納部１３、絶対位置測位部１４、相対位置測位部１５、測位制御部１６、出力部１７を有する。

　情報取得部１１は、各基準局から送信された情報（基準局選択のために必要な情報）を取得する。取得された情報はデータ格納部１３に格納される。また、データ格納部１３は、移動局１０側の、基準局選択のために必要な情報も格納している。また、情報取得部１１は、選択した基準局から観測データと位置情報を受信する。当該観測データと位置情報は、移動局１０による搬送波位相測位演算に使用される。

　選択部１２は、データ格納部１３から情報を読み出し、読み出した情報を用いて移動局１０にとって最適な基準局を選択する。選択部１２の動作は、基本例における基準局選択装置１００の選択部１２０の動作と同じである。

　絶対位置測位部１４は、衛星信号を受信し、コード測位又は搬送波位相測位を行う。相対位置測位部１５は、車速パルス計測機、ＩＭＵ、車載カメラ、ＬｉＤＡＲ、ＧＮＳＳドップラーシフト計測機、等である。車速パルス計測機により、車両の速さ、つまり、単位時間に進む距離がわかる。ＩＭＵに搭載された３軸のジャイロと３方向の加速度計によって、３次元の角速度と加速度が求められる。車載カメラにより撮影された画像データ中の物体の動きにより車両の相対位置を求めることができる。ＬｉＤＡＲでは、レーザー光を走査しながら対象物に照射してその散乱や反射光を観測することで、対象物までの距離を計測し、車両の相対位置を求めることができる。ＧＮＳＳドップラーシフトでは、搬送波の周波数変化を計測することで得られる車両の速度を時間的に積分することで位置の相対変位を求めることができる。

　相対位置測位部１５は、車速パルス計測機、ＩＭＵ、車載カメラ、ＬｉＤＡＲ、ＧＮＳＳドップラーシフト計測機等の測位手段のうちの複数の測位手段であってもよいし、１つの測位手段であってもよい。相対位置測位部１５が複数の測位手段を有する場合に、複数の測位手段のそれぞれで得られた測位結果のうち、最も精度の良い測位結果を選択して出力する仕組みが備えられていてもよいし、それぞれで得られた測位結果の全て又は一部をカルマンフィルタ等によりカップリングして出力する仕組みが備えられていてもよい。

　また、相対位置測位部１５には、ＧＮＳＳ信号への時刻同期で得られる高精度クロック信号が絶対位置測位部１４から供給される。高精度クロック信号が途切れた場合でも、相対位置測位部１５は、ＧＮＳＳ信号への時刻同期に依らず、ホールドオーバ（発振器の自走動作）によりクロック信号の精度を維持することが可能である。

　測位制御部１６は、例えば、アーバンキャニオン環境等において、絶対位置測位部１４で収束（Ｆｉｘ）解が得られない状況になった場合に、測位手段を相対位置測位部１５に切り替えて、測位を継続する制御を実行する。

　出力部１７は、測位制御部１６から出力された測位解である現在位置を装置外部に出力する。現在位置は（ｘ，ｙ，ｚ）の３次元座標で表されるが、出力される情報は、地理座標系や投影座標系による３次元座標そのものであってもよいし、その他の情報であってもよい。例えば、自動走行車両の制御部への制御信号が出力されてもよいし、地図上に位置を示した画像情報が出力されてもよい。

　移動局１０は、物理的にまとまった１つの装置であってもよいし、いくつかの機能部が物理的に分離していて、分離された複数の機能部がネットワークにより接続された装置であってもよい。

　また、移動局１０は、図７に示す機能を全て含むこととしてもよいし、一部の機能がネットワーク上（例えばクラウド上）に備えられ、残りの機能が移動局１０に搭載されて使用されてもよい。

　例えば、移動局１０に備えられたＧＮＳＳ搬送波位相測位受信機から観測データ（Ｒａｗ　ｄａｔａとも呼ばれる）を出力し、当該観測データをクラウド上に設けた搬送波位相測位演算処理機能部に送信することで、搬送波位相測位演算をクラウド上で実施してもよい。この場合、クラウド上の搬送波位相測位演算処理機能部から、情報取得部１１を経由して、測位制御部１６へ測位演算結果が返される。

　（ハードウェア構成例）
　図８は、本発明の実施の形態における基準局選択装置１００、あるいは、移動局１０の情報取得部１１及び選択部１２として使用することができるコンピュータのハードウェア構成例を示す図である。図８のコンピュータは、それぞれバスＢで相互に接続されているドライブ装置１０００、補助記憶装置１００２、メモリ装置１００３、ＣＰＵ１００４、インタフェース装置１００５、表示装置１００６、入力装置１００７、及び出力装置１００８等を有する。

　当該コンピュータでの処理を実現するプログラムは、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ又はメモリカード等の記録媒体１００１によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体１００１がドライブ装置１０００にセットされると、プログラムが記録媒体１００１からドライブ装置１０００を介して補助記憶装置１００２にインストールされる。但し、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体１００１より行う必要はなく、ネットワークを介して他のコンピュータよりダウンロードするようにしてもよい。補助記憶装置１００２は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。

　メモリ装置１００３は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置１００２からプログラムを読み出して格納する。ＣＰＵ１００４は、メモリ装置１００３に格納されたプログラムに従って、基準局選択装置１００、あるいは移動局１０の情報取得部１１及び選択部１２等に係る機能を実現する。インタフェース装置１００５は、ネットワークに接続するためのインタフェースとして用いられる。表示装置１００６はプログラムによるＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ　Ｕｓｅｒ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等を表示する。入力装置１００７はキーボード及びマウス、ボタン、又はタッチパネル等で構成され、様々な操作指示を入力させるために用いられる。出力装置１００８は演算結果を出力する。なお、表示装置１００６は出力部の一例である。

　（実施の形態の効果）
　以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、移動局が動的に最適な基準局を使用して搬送波位相測位を行うことにより、安定した高い測位性能を低コストで実現することが可能となる。

　（実施の形態のまとめ）
　本実施の形態において、少なくとも、下記の各項に記載された基準局選択装置、基準局選択方法、及びプログラムが提供される。
（第１項）
　移動局において搬送波位相測位に使用する基準局を、地理的に分散配置された複数の基準局の中から選択する基準局選択装置であって、
　前記複数の基準局における各基準局の情報を取得する情報取得部と、
　前記複数の基準局のうちの基線長が所定閾値以下である１以上の基準局の中から、基線長以外の情報を含む１以上の情報に基づいて、前記移動局において搬送波位相測位に使用する基準局を選択する選択部と
　を備える基準局選択装置。
（第２項）
　前記１以上の情報は、少なくとも、基準局の位置精度に関する情報、基準局における衛星信号の受信状態に関する情報、及び、基準局の信頼性に関する情報のうちのいずれか１つの情報又はいずれか複数の情報である
　第１項に記載の基準局選択装置。
（第３項）
　前記選択部は、前記１以上の情報からスコアを算出し、当該スコアに基づいて、前記移動局において搬送波位相測位に使用する基準局を選択する
　第１項又は第２項に記載の基準局選択装置。
（第４項）
　移動局において搬送波位相測位に使用する基準局を、地理的に分散配置された複数の基準局の中から選択する基準局選択装置が実行する基準局選択方法であって、
　前記複数の基準局における各基準局の情報を取得する情報取得ステップと、
　前記複数の基準局のうちの基線長が所定閾値以下である１以上の基準局の中から、基線長以外の情報を含む１以上の情報に基づいて、前記移動局において搬送波位相測位に使用する基準局を選択する選択ステップと
　を備える基準局選択方法。
（第５項）
　コンピュータを、第１項ないし第３項のうちいずれか１項に記載の基準局選択装置における各部として機能させるためのプログラム。

　以上、本実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１１　情報取得部
１２　選択部
１３　データ格納部
１４　絶対位置測位部
１５　相対位置測位部
１６　測位制御部
１７　出力部
１００　基準局選択装置
１１０　情報取得部
１２０　選択部
１３０　データ格納部
１４０　情報提供部
１０００　ドライブ装置
１００１　記録媒体
１００２　補助記憶装置
１００３　メモリ装置
１００４　ＣＰＵ
１００５　インタフェース装置
１００６　表示装置
１００７　入力装置
１００８　出力装置

Claims

　移動局において搬送波位相測位に使用する基準局を、地理的に分散配置された複数の基準局の中から選択する基準局選択装置であって、
　前記複数の基準局における各基準局の情報を取得する情報取得部と、
　前記複数の基準局のうちの基線長が所定閾値以下である１以上の基準局の中から、基線長以外の情報を含む１以上の情報に基づいて、前記移動局において搬送波位相測位に使用する基準局を選択する選択部と
　を備える基準局選択装置。
　前記１以上の情報は、少なくとも、基準局の位置精度に関する情報、基準局における衛星信号の受信状態に関する情報、及び、基準局の信頼性に関する情報のうちのいずれか１つの情報又はいずれか複数の情報である
　請求項１に記載の基準局選択装置。
　前記選択部は、前記１以上の情報からスコアを算出し、当該スコアに基づいて、前記移動局において搬送波位相測位に使用する基準局を選択する
　請求項１又は２に記載の基準局選択装置。
　移動局において搬送波位相測位に使用する基準局を、地理的に分散配置された複数の基準局の中から選択する基準局選択装置が実行する基準局選択方法であって、
　前記複数の基準局における各基準局の情報を取得する情報取得ステップと、
　前記複数の基準局のうちの基線長が所定閾値以下である１以上の基準局の中から、基線長以外の情報を含む１以上の情報に基づいて、前記移動局において搬送波位相測位に使用する基準局を選択する選択ステップと
　を備える基準局選択方法。
　コンピュータを、請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の基準局選択装置における各部として機能させるためのプログラム。