JP2002267735A - 測位システムおよびその観測局並びにその基準局 - Google Patents
測位システムおよびその観測局並びにその基準局Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】連続受信が不要であって、しかも必要なときに
リアルタイムで観測地点の整数値バイアスを決定するこ
とを可能とする。 【解決手段】地滑り等に係る位置の移動を観測する観測
局2Nの観測局衛星受信装置3Nにより、任意の時刻に
観測した複数の衛星信号についてのそれぞれ1サイクル
以下の搬送波位相を基準局100に送信する。基準局1
00は、任意の時刻と同時刻に基準局衛星受信装置10
2で観測した複数の衛星信号の搬送波位相と、観測局2
Nから送信されてきた搬送波位相とから整数値バイアス
を決定し、観測局2Nの位置を算出する。この場合、任
意の時刻における1サイクル以下の搬送波位相を観測値
としているので、サイクルスリップの影響を受けること
なく正確な整数値バイアスを決定することができる。ま
た、任意の時刻に観測値を得ればよいので、受信動作を
間欠的に行うことができる。
リアルタイムで観測地点の整数値バイアスを決定するこ
とを可能とする。 【解決手段】地滑り等に係る位置の移動を観測する観測
局2Nの観測局衛星受信装置3Nにより、任意の時刻に
観測した複数の衛星信号についてのそれぞれ1サイクル
以下の搬送波位相を基準局100に送信する。基準局1
00は、任意の時刻と同時刻に基準局衛星受信装置10
2で観測した複数の衛星信号の搬送波位相と、観測局2
Nから送信されてきた搬送波位相とから整数値バイアス
を決定し、観測局2Nの位置を算出する。この場合、任
意の時刻における1サイクル以下の搬送波位相を観測値
としているので、サイクルスリップの影響を受けること
なく正確な整数値バイアスを決定することができる。ま
た、任意の時刻に観測値を得ればよいので、受信動作を
間欠的に行うことができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、GPS等の航法
衛星から送信される衛星信号の搬送波位相を測定して観
測局の位置を計測する測位システムに関し、たとえば地
滑り等における微小移動を観測する装置に適用して好適
な測位システムおよびその観測局並びにその基準局に関
する。
衛星から送信される衛星信号の搬送波位相を測定して観
測局の位置を計測する測位システムに関し、たとえば地
滑り等における微小移動を観測する装置に適用して好適
な測位システムおよびその観測局並びにその基準局に関
する。
【0002】
【従来の技術】現在、GPS等の航法衛星から送信され
る衛星信号を受信して搬送波位相を求める搬送波位相測
位方式では、搬送波の整数サイクル分の不確定値、すな
わち整数値バイアスを求める必要がある。
る衛星信号を受信して搬送波位相を求める搬送波位相測
位方式では、搬送波の整数サイクル分の不確定値、すな
わち整数値バイアスを求める必要がある。
【0003】この整数値バイアスを求める方法の一つと
して、位置を観測しようとする観測地点の初期位置が既
知の位置である場合には、これを利用して求めることが
できる。しかし、現実的には、観測地点の初期位置が未
知である場合が多く、この方法は、実用的ではない。
して、位置を観測しようとする観測地点の初期位置が既
知の位置である場合には、これを利用して求めることが
できる。しかし、現実的には、観測地点の初期位置が未
知である場合が多く、この方法は、実用的ではない。
【0004】観測地点の初期位置が未知である場合であ
っても、整数値バイアスは、以下の連続受信搬送波位相
積算測位システムによる方法により求めることができ
る。
っても、整数値バイアスは、以下の連続受信搬送波位相
積算測位システムによる方法により求めることができ
る。
【0005】すなわち、観測地点において、搬送波位相
の繰り上がりや繰り下がりを十分に捕捉できる程度に時
系列的に連続に搬送波位相を観測し、搬送波位相を積算
することで、最小自乗法による推定計算から整数値バイ
アスを求めることができる。この整数値バイアスを決定
することで、観測地点の位置を算出することができる。
の繰り上がりや繰り下がりを十分に捕捉できる程度に時
系列的に連続に搬送波位相を観測し、搬送波位相を積算
することで、最小自乗法による推定計算から整数値バイ
アスを求めることができる。この整数値バイアスを決定
することで、観測地点の位置を算出することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この連
続受信搬送波位相積算測位システムでは、連続受信中の
搬送波位相の積算過程で、衛星からの電波の中断等を原
因として、サイクルスリップ(中断の前後での搬送波位
相の整数分だけの不確定性)の影響を受けた場合、誤っ
た整数値バイアスが求まることとなるため、観測地点の
正確な位置の決定を行うことができなくなるという問題
がある。
続受信搬送波位相積算測位システムでは、連続受信中の
搬送波位相の積算過程で、衛星からの電波の中断等を原
因として、サイクルスリップ(中断の前後での搬送波位
相の整数分だけの不確定性)の影響を受けた場合、誤っ
た整数値バイアスが求まることとなるため、観測地点の
正確な位置の決定を行うことができなくなるという問題
がある。
【0007】また、連続受信搬送波位相積算測位システ
ムでは、整数値バイアスを決定するまで、たとえばGP
S衛星の場合には、20〜30分程度の時間、連続受信
動作が必要となるので、観測地点に設置されている衛星
受信装置の消費電力が大きくなるという問題もある。
ムでは、整数値バイアスを決定するまで、たとえばGP
S衛星の場合には、20〜30分程度の時間、連続受信
動作が必要となるので、観測地点に設置されている衛星
受信装置の消費電力が大きくなるという問題もある。
【0008】この発明はこのような課題を考慮してなさ
れたものであり、連続受信が不要であって、しかも必要
なときにリアルタイムで観測地点の整数値バイアスを決
定することを可能とする測位システムを提供することを
目的とする。
れたものであり、連続受信が不要であって、しかも必要
なときにリアルタイムで観測地点の整数値バイアスを決
定することを可能とする測位システムを提供することを
目的とする。
【0009】また、この発明は、サイクルスリップを発
生させる電波の中断等が発生したとしても、電波の送信
が正常となった時点以降においては、サイクルスリップ
の影響を受けることなく観測地点の整数値バイアスを正
確に求めることを可能とする測位システムおよびその観
測局並びにその基準局を提供することを目的とする。
生させる電波の中断等が発生したとしても、電波の送信
が正常となった時点以降においては、サイクルスリップ
の影響を受けることなく観測地点の整数値バイアスを正
確に求めることを可能とする測位システムおよびその観
測局並びにその基準局を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明に係る測位シス
テムは、少なくとも1つの地点に設置された観測局衛星
受信装置を有する観測局と、前記観測局と通信により接
続され、基準局衛星受信装置を有する基準局とを備え、
前記観測局は、前記観測局衛星受信装置により、任意の
時刻に観測した複数の衛星信号についてのそれぞれ1サ
イクル以下の搬送波位相を前記基準局に送信し、前記基
準局は、前記任意の時刻と同時刻に前記基準局衛星受信
装置で観測した前記複数の衛星信号の搬送波位相と、前
記観測局から送信されてきた搬送波位相とから整数値バ
イアスを決定し、該基準局の位置を基準に上記観測局の
位置を算出することを特徴とする(請求項1記載の発
明)。
テムは、少なくとも1つの地点に設置された観測局衛星
受信装置を有する観測局と、前記観測局と通信により接
続され、基準局衛星受信装置を有する基準局とを備え、
前記観測局は、前記観測局衛星受信装置により、任意の
時刻に観測した複数の衛星信号についてのそれぞれ1サ
イクル以下の搬送波位相を前記基準局に送信し、前記基
準局は、前記任意の時刻と同時刻に前記基準局衛星受信
装置で観測した前記複数の衛星信号の搬送波位相と、前
記観測局から送信されてきた搬送波位相とから整数値バ
イアスを決定し、該基準局の位置を基準に上記観測局の
位置を算出することを特徴とする(請求項1記載の発
明)。
【0011】この発明によれば、任意の時刻における1
サイクル以下の搬送波位相を観測値としているので、サ
イクルスリップの影響を受けることなく正確な整数値バ
イアスを決定することができる。したがって、基準局の
位置を基準に観測局の相対位置を決定することができ
る。また、任意の時刻に観測値を得ればよいので、受信
動作を間欠的に行うことができ、したがって、従来の連
続受信動作による測位システムに比べて衛星受信装置の
消費電力を小さくすることができる。
サイクル以下の搬送波位相を観測値としているので、サ
イクルスリップの影響を受けることなく正確な整数値バ
イアスを決定することができる。したがって、基準局の
位置を基準に観測局の相対位置を決定することができ
る。また、任意の時刻に観測値を得ればよいので、受信
動作を間欠的に行うことができ、したがって、従来の連
続受信動作による測位システムに比べて衛星受信装置の
消費電力を小さくすることができる。
【0012】また、この発明に係る測位システムにおけ
る観測局は、複数の衛星信号を受信する衛星受信アンテ
ナと、前記衛星受信アンテナに接続される信号処理装置
と、前記信号処理装置の間欠動作を指令するタイマー装
置と、基準局への送信手段とを備え、前記信号処理装置
は、前記タイマー装置から間欠動作の指令を受けたと
き、前記衛星受信アンテナを通じて受信した複数の衛星
信号から、衛星毎に1サイクル以下の搬送波位相を算出
し、前記送信手段は、算出された搬送波位相を基準局へ
送信することを特徴とする(請求項2記載の発明)。
る観測局は、複数の衛星信号を受信する衛星受信アンテ
ナと、前記衛星受信アンテナに接続される信号処理装置
と、前記信号処理装置の間欠動作を指令するタイマー装
置と、基準局への送信手段とを備え、前記信号処理装置
は、前記タイマー装置から間欠動作の指令を受けたと
き、前記衛星受信アンテナを通じて受信した複数の衛星
信号から、衛星毎に1サイクル以下の搬送波位相を算出
し、前記送信手段は、算出された搬送波位相を基準局へ
送信することを特徴とする(請求項2記載の発明)。
【0013】この発明によれば、観測局が間欠的に動作
するので、観測局の消費電力を軽減することができる。
観測局は、たとえば、地滑り等の起こる可能性のある地
点に設置されるので、交流電源がない場所も多く、その
ような場合には電源として電池等が利用されるので、こ
の発明に係る観測局は特に有用である。
するので、観測局の消費電力を軽減することができる。
観測局は、たとえば、地滑り等の起こる可能性のある地
点に設置されるので、交流電源がない場所も多く、その
ような場合には電源として電池等が利用されるので、こ
の発明に係る観測局は特に有用である。
【0014】さらに、この発明に係る測位システムにお
ける基準局は、複数の衛星信号を受信する衛星受信アン
テナと、観測局から送信される、前記複数の衛星信号に
ついての衛星毎の1サイクル以下の搬送波位相と、前記
衛星受信アンテナを通じて受信した複数の衛星信号につ
いての衛星毎の1サイクル以下の搬送波位相に基づき、
前記観測局における搬送波位相の積算値を算出する基準
局衛星受信装置とを備えることを特徴とする(請求項3
記載の発明)。
ける基準局は、複数の衛星信号を受信する衛星受信アン
テナと、観測局から送信される、前記複数の衛星信号に
ついての衛星毎の1サイクル以下の搬送波位相と、前記
衛星受信アンテナを通じて受信した複数の衛星信号につ
いての衛星毎の1サイクル以下の搬送波位相に基づき、
前記観測局における搬送波位相の積算値を算出する基準
局衛星受信装置とを備えることを特徴とする(請求項3
記載の発明)。
【0015】この発明によれば、観測局から送信され
る、複数の衛星信号についての衛星毎の1サイクル以下
の搬送波位相と、該基準局で受信した複数の衛星信号に
ついての衛星毎の1サイクル以下の搬送波位相に基づ
き、観測局における搬送波位相の積算値を算出するよう
にしているので、基準局は、1サイクル以下の搬送波位
相に係る小容量のデータを処理することにより観測局に
おける搬送波位相の積算値を算出することができる。
る、複数の衛星信号についての衛星毎の1サイクル以下
の搬送波位相と、該基準局で受信した複数の衛星信号に
ついての衛星毎の1サイクル以下の搬送波位相に基づ
き、観測局における搬送波位相の積算値を算出するよう
にしているので、基準局は、1サイクル以下の搬送波位
相に係る小容量のデータを処理することにより観測局に
おける搬送波位相の積算値を算出することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態に
ついて図面を参照して説明する。
ついて図面を参照して説明する。
【0017】図1は、この発明の一実施の形態に係る測
位システム10を示している。この測位システム10
は、1または複数の観測地点N(Nは観測地点番号でN
=1,2,…,n)で受信した衛星信号と、基準地点R
で受信した衛星信号とから、観測地点Nにおける地滑り
等に基づく地面の微小な位置変動を基準地点Rで算出す
るシステムである。
位システム10を示している。この測位システム10
は、1または複数の観測地点N(Nは観測地点番号でN
=1,2,…,n)で受信した衛星信号と、基準地点R
で受信した衛星信号とから、観測地点Nにおける地滑り
等に基づく地面の微小な位置変動を基準地点Rで算出す
るシステムである。
【0018】この測位システム10は、初期位置が未知
である地滑り等の微小変動を観測しようとする各観測地
点Nに配置され、それぞれ観測局衛星受信装置3N(N
=1,2,…,n)を有する観測局2N(N=1,2,
…,n)と、位置(緯度、経度、高度)が既知であり不
動地点とされる基準地点Rに配置され基準局衛星受信装
置102を有する基準局100とから構成されている。
である地滑り等の微小変動を観測しようとする各観測地
点Nに配置され、それぞれ観測局衛星受信装置3N(N
=1,2,…,n)を有する観測局2N(N=1,2,
…,n)と、位置(緯度、経度、高度)が既知であり不
動地点とされる基準地点Rに配置され基準局衛星受信装
置102を有する基準局100とから構成されている。
【0019】観測局衛星受信装置3Nは、それぞれ複数
の衛星信号を受信する衛星受信アンテナ1N(N=1,
2,…,n)に接続されるとともに、基準局100への
データの送信手段としての観測局通信装置4N(N=
1,2,…,n)に接続されている。
の衛星信号を受信する衛星受信アンテナ1N(N=1,
2,…,n)に接続されるとともに、基準局100への
データの送信手段としての観測局通信装置4N(N=
1,2,…,n)に接続されている。
【0020】基準局衛星受信装置102は、複数の衛星
信号を受信する衛星受信アンテナ104に接続されると
ともに、基準局通信装置106およびモニタディスプレ
イである表示端末装置108に接続される。
信号を受信する衛星受信アンテナ104に接続されると
ともに、基準局通信装置106およびモニタディスプレ
イである表示端末装置108に接続される。
【0021】各観測局2Nと基準局100とは、通信ア
ンテナ5N(N=1,2,…,n)に接続されている観
測局通信装置4N(N=1,2,…,n)と、通信アン
テナ110に接続されている基準局通信装置106を介
して無線通信される。
ンテナ5N(N=1,2,…,n)に接続されている観
測局通信装置4N(N=1,2,…,n)と、通信アン
テナ110に接続されている基準局通信装置106を介
して無線通信される。
【0022】図2は、観測局衛星受信装置3Nの構成を
示している。
示している。
【0023】観測局衛星受信装置3Nは、外部から変更
することの可能な所定時間、たとえば5分毎等に間欠的
に起動信号を出力するタイマー装置72と、タイマー装
置72からの起動信号によりバッテリ82から電源が供
給され、所定の信号処理および出力処理を行う信号処理
装置74と出力装置76とから構成されている。なお、
信号処理装置74の信号入力端は衛星受信アンテナ1N
に接続され、信号出力端は出力装置76の信号入力端に
接続されている。出力装置76の信号出力端は観測局通
信装置4Nに接続されている。
することの可能な所定時間、たとえば5分毎等に間欠的
に起動信号を出力するタイマー装置72と、タイマー装
置72からの起動信号によりバッテリ82から電源が供
給され、所定の信号処理および出力処理を行う信号処理
装置74と出力装置76とから構成されている。なお、
信号処理装置74の信号入力端は衛星受信アンテナ1N
に接続され、信号出力端は出力装置76の信号入力端に
接続されている。出力装置76の信号出力端は観測局通
信装置4Nに接続されている。
【0024】観測局衛星受信装置3Nの電源は、光エネ
ルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池80と、太
陽電池80で発生された電気エネルギーを蓄積するバッ
テリ82とから構成されている。このバッテリ82から
の電源は、タイマー動作時(間欠動作時)に、観測局衛
星受信装置3Nを構成する信号処理装置74等の各部に
供給されるとともに、それぞれの観測局衛星受信装置3
Nに接続されている自己の観測局通信装置4N(図1参
照)にも供給される。
ルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池80と、太
陽電池80で発生された電気エネルギーを蓄積するバッ
テリ82とから構成されている。このバッテリ82から
の電源は、タイマー動作時(間欠動作時)に、観測局衛
星受信装置3Nを構成する信号処理装置74等の各部に
供給されるとともに、それぞれの観測局衛星受信装置3
Nに接続されている自己の観測局通信装置4N(図1参
照)にも供給される。
【0025】図3は、基準局衛星受信装置102の構成
を示している。
を示している。
【0026】基準局衛星受信装置102は、衛星受信ア
ンテナ104に接続される信号処理装置112と、この
信号処理装置112に接続される観測データ処理装置1
14と、この観測データ処理装置114に接続される測
位演算装置116と、測位演算装置116に接続される
入出力装置118とを有し、該入出力装置118は、観
測データ処理装置114、図1に示す基準局通信装置1
06および表示端末装置108に接続されている。な
お、基準局衛星受信装置102の図示していない電源
は、交流電源から発生された直流電源を用いている。
ンテナ104に接続される信号処理装置112と、この
信号処理装置112に接続される観測データ処理装置1
14と、この観測データ処理装置114に接続される測
位演算装置116と、測位演算装置116に接続される
入出力装置118とを有し、該入出力装置118は、観
測データ処理装置114、図1に示す基準局通信装置1
06および表示端末装置108に接続されている。な
お、基準局衛星受信装置102の図示していない電源
は、交流電源から発生された直流電源を用いている。
【0027】この実施の形態に係る測位システム10
は、基本的には、以上のように構成されるものであり、
次にその動作を説明する。
は、基本的には、以上のように構成されるものであり、
次にその動作を説明する。
【0028】上述したように、初期位置が未知である地
滑り等の微小変動を観測しようとする観測地点Nに設置
されている観測局2Nの観測局衛星受信装置3Nを構成
する信号処理装置74は、タイマー装置72により電源
が投入されたとき、衛星受信アンテナ1Nより受信した
複数の衛星信号から、衛星毎に1サイクル以下の搬送波
位相(1サイクル以下の搬送波位相を、以下、搬送波瞬
時位相という。)を算出し観測データ(観測時刻情報も
含む)として処理する。
滑り等の微小変動を観測しようとする観測地点Nに設置
されている観測局2Nの観測局衛星受信装置3Nを構成
する信号処理装置74は、タイマー装置72により電源
が投入されたとき、衛星受信アンテナ1Nより受信した
複数の衛星信号から、衛星毎に1サイクル以下の搬送波
位相(1サイクル以下の搬送波位相を、以下、搬送波瞬
時位相という。)を算出し観測データ(観測時刻情報も
含む)として処理する。
【0029】信号処理装置74は、時刻tにおける衛星
毎の搬送波瞬時位相データをデータ系列VN(t)とし
て出力装置76に出力する。
毎の搬送波瞬時位相データをデータ系列VN(t)とし
て出力装置76に出力する。
【0030】なお、タイマー装置72からの指令により
間欠受信の受信中断中には、電源の負荷を軽くして消費
電力を低減するため、信号処理装置74等にはバッテリ
82から電源が供給されないようになっている。信号処
理装置74による信号処理の中断および再開について
は、タイマー装置72によりある一定時間毎に制御され
る。なお、信号処理の中断中であっても、タイマー装置
72にはもちろん電源が供給されている。このとき、タ
イマー装置72は、いわゆるスリープ状態となってい
る。
間欠受信の受信中断中には、電源の負荷を軽くして消費
電力を低減するため、信号処理装置74等にはバッテリ
82から電源が供給されないようになっている。信号処
理装置74による信号処理の中断および再開について
は、タイマー装置72によりある一定時間毎に制御され
る。なお、信号処理の中断中であっても、タイマー装置
72にはもちろん電源が供給されている。このとき、タ
イマー装置72は、いわゆるスリープ状態となってい
る。
【0031】出力装置76は、データ系列VN(t)を
観測局通信装置4Nに出力する。
観測局通信装置4Nに出力する。
【0032】観測局通信装置4Nは、観測局衛星受信装
置31より入力されるデータ系列VN(t)をデータ系
列θN(t)として通信アンテナ5Nを介して基準局通
信装置106に送信する。
置31より入力されるデータ系列VN(t)をデータ系
列θN(t)として通信アンテナ5Nを介して基準局通
信装置106に送信する。
【0033】基準局通信装置106では、通信アンテナ
110を通じて観測地点N(N=1,2,…、n)から
順次送信される衛星毎の搬送波瞬時位相データ系列θN
(t){搬送波瞬時位相データθ1(t)〜θn
(t)}を順次受信し、順次、基準局衛星受信装置10
2に送出する。
110を通じて観測地点N(N=1,2,…、n)から
順次送信される衛星毎の搬送波瞬時位相データ系列θN
(t){搬送波瞬時位相データθ1(t)〜θn
(t)}を順次受信し、順次、基準局衛星受信装置10
2に送出する。
【0034】このとき、位置が既知の場所に設置されて
いる基準局100の基準局衛星受信装置102は、自身
の衛星受信アンテナ104により連続的に受信した衛星
信号から衛星毎に搬送波瞬時位相を観測データ(観測時
刻情報も含む)として処理する。時刻tにおける衛星毎
の基準局100における搬送波瞬時位相データをデータ
系列θR(t)として観測データ処理装置114に出力
する。
いる基準局100の基準局衛星受信装置102は、自身
の衛星受信アンテナ104により連続的に受信した衛星
信号から衛星毎に搬送波瞬時位相を観測データ(観測時
刻情報も含む)として処理する。時刻tにおける衛星毎
の基準局100における搬送波瞬時位相データをデータ
系列θR(t)として観測データ処理装置114に出力
する。
【0035】観測データ処理装置114は、基準局通信
装置106から入出力装置118を通じて入力される複
数の観測局衛星受信装置3N(N=1,2,…,n)の
搬送波瞬時位相データ系列θ1(t)〜θn(t)と自
己のデータ系列θR(t)とから時刻情報を切り出し、
基準局衛星受信装置102と、観測局衛星受信装置3N
(N=1,2,…,n)の同時刻の観測データであるこ
とを確認後、測位演算装置116に出力する。
装置106から入出力装置118を通じて入力される複
数の観測局衛星受信装置3N(N=1,2,…,n)の
搬送波瞬時位相データ系列θ1(t)〜θn(t)と自
己のデータ系列θR(t)とから時刻情報を切り出し、
基準局衛星受信装置102と、観測局衛星受信装置3N
(N=1,2,…,n)の同時刻の観測データであるこ
とを確認後、測位演算装置116に出力する。
【0036】測位演算装置116では、たとえば以下に
説明する第1〜第3の方法により整数値バイアスを決定
する。なお、測位演算装置116においては、複数の観
測地点Nの観測データについて個々に整数値バイアス決
定処理を行うが、整数値バイアスの決定処理は、どの観
測地点Nに対する処理も同一となるので、繁雑さを回避
するため、以下の説明は、1つの観測データについて説
明する。
説明する第1〜第3の方法により整数値バイアスを決定
する。なお、測位演算装置116においては、複数の観
測地点Nの観測データについて個々に整数値バイアス決
定処理を行うが、整数値バイアスの決定処理は、どの観
測地点Nに対する処理も同一となるので、繁雑さを回避
するため、以下の説明は、1つの観測データについて説
明する。
【0037】第1の方法観測局衛星受信装置3Nで生成
された搬送波瞬時位相データ(搬送波瞬時位相観測値と
もいう。)θN(t)と、基準局衛星受信装置102で
生成された搬送波瞬時位相データ(搬送波瞬時位相観測
値ともいう。)θR(t)との位相差が、時間的にほぼ
一定に増減することを利用する。
された搬送波瞬時位相データ(搬送波瞬時位相観測値と
もいう。)θN(t)と、基準局衛星受信装置102で
生成された搬送波瞬時位相データ(搬送波瞬時位相観測
値ともいう。)θR(t)との位相差が、時間的にほぼ
一定に増減することを利用する。
【0038】今、たとえば、二つの衛星(S1とS2と
する。)について、時刻tにおける搬送波瞬時位相観測
値θN(t)、θR(t)を次の(1)式から(4)式
のように定義する。
する。)について、時刻tにおける搬送波瞬時位相観測
値θN(t)、θR(t)を次の(1)式から(4)式
のように定義する。
【0039】すなわち、観測局衛星受信装置3Nにおい
ては、(1)式、(2)式を定義する。
ては、(1)式、(2)式を定義する。
【0040】 θNs1(t)=(as1(t)+c(t))・t+bN …(1) θNs2(t)=(as2(t)+c(t))・t+b′N …(2) ただし、各項の意味は次の通りである。
【0041】θNs1(t):時刻tにおける衛星S1
による搬送波瞬時位相観測値 θNs2(t):時刻tにおける衛星S2による搬送波
瞬時位相観測値 as1(t):時刻tにおける衛星S1信号からの搬送
波瞬時位相変化率 as2(t):時刻tにおける衛星S2信号からの搬送
波瞬時位相変化率 c(t):時刻tにおける観測局衛星受信装置3Nの発
振器の位相変化率 bN、b′N:オフセット量
による搬送波瞬時位相観測値 θNs2(t):時刻tにおける衛星S2による搬送波
瞬時位相観測値 as1(t):時刻tにおける衛星S1信号からの搬送
波瞬時位相変化率 as2(t):時刻tにおける衛星S2信号からの搬送
波瞬時位相変化率 c(t):時刻tにおける観測局衛星受信装置3Nの発
振器の位相変化率 bN、b′N:オフセット量
【0042】一方、基準局衛星受信装置102において
は、(3)式、(4)式を定義する。
は、(3)式、(4)式を定義する。
【0043】 θRs1(t)=(a′s1(t)+c′(t))・t+bR …(3) θRs2(t)=(a′s2(t)+c′(t))・t+b′R …(4)
【0044】ただし、各項の意味は次の通りである。
【0045】θRs1(t):時刻tにおける衛星S1
による搬送波瞬時位相観測値 θRs2(t):時刻tにおける衛星S2による搬送波
瞬時位相観測値 a′s1(t):時刻tにおける衛星S1信号からの搬
送波瞬時位相変化率 a′s2(t):時刻tにおける衛星S2信号からの搬
送波瞬時位相変化率 c(t):時刻tにおける基準局衛星受信装置102の
発振器の位相変化率 bR、b′R:オフセット量
による搬送波瞬時位相観測値 θRs2(t):時刻tにおける衛星S2による搬送波
瞬時位相観測値 a′s1(t):時刻tにおける衛星S1信号からの搬
送波瞬時位相変化率 a′s2(t):時刻tにおける衛星S2信号からの搬
送波瞬時位相変化率 c(t):時刻tにおける基準局衛星受信装置102の
発振器の位相変化率 bR、b′R:オフセット量
【0046】これら(1)式〜(4)式を用いて衛星S
1と衛星S2に関する2重位相差▽△θs1s2(t)
を採ると(5)式が得られる。
1と衛星S2に関する2重位相差▽△θs1s2(t)
を採ると(5)式が得られる。
【0047】 ▽△θs1s2(t)={(θNs1(t)−θNs2(t))−(θRs 1(t)−θRs2(t))}={(as1(t)−as2(t))−(a′s 1(t)−a′s2(t))}・t+{(bn−b′n)−(bR−b′R)} …(5)
【0048】この(5)式の第1項{(as1(t)−
as2(t))−(a′s1(t)−a′s2
(t))}・tは、衛星信号からの搬送波位相の2重位
相差変化を示している。
as2(t))−(a′s1(t)−a′s2
(t))}・tは、衛星信号からの搬送波位相の2重位
相差変化を示している。
【0049】ここで、xを衛星番号とするとき、asx
(t)、a′sx(t)のほとんどは、衛星Sxおよび
移動速度に関する量である。観測地点Nに地滑り等が発
生していなくて静止している状態では、上記差分asx
(t)−a′sx(t)は、地点の差の分(場所の違い
分)になるため、0に近い値となる。したがって、▽△
θs1s2(t)の値に、1[cycle]の桁上が
り、桁下がりが生じたときは、搬送波位相の整数部が変
化したとして、搬送波位相積算値を得ることができる。
(t)、a′sx(t)のほとんどは、衛星Sxおよび
移動速度に関する量である。観測地点Nに地滑り等が発
生していなくて静止している状態では、上記差分asx
(t)−a′sx(t)は、地点の差の分(場所の違い
分)になるため、0に近い値となる。したがって、▽△
θs1s2(t)の値に、1[cycle]の桁上が
り、桁下がりが生じたときは、搬送波位相の整数部が変
化したとして、搬送波位相積算値を得ることができる。
【0050】この第1の方法では、サイクルスリップの
影響を受けない搬送波瞬時位相を基にして、搬送波位相
積算値を得ることができるため、正確な整数値バイアス
を決定することができる。この場合、整数値バイアス
は、リアルタイムに算出することができる。また、求め
た整数値バイアス値と基準位置と観測局2Nの搬送波瞬
時位相とから観測局2Nの相対位置を求めることができ
る。
影響を受けない搬送波瞬時位相を基にして、搬送波位相
積算値を得ることができるため、正確な整数値バイアス
を決定することができる。この場合、整数値バイアス
は、リアルタイムに算出することができる。また、求め
た整数値バイアス値と基準位置と観測局2Nの搬送波瞬
時位相とから観測局2Nの相対位置を求めることができ
る。
【0051】第2の方法 観測地点Nの初期位置を、たとえばGPS衛星を利用し
た単独測位やコードデファレンシャル(GPS衛星を利
用した場合にはDGPS)測位によって、真の位置に対
して、ある範囲内(単独測位の場合には、数10[m]
程度、DGPSの場合には1[m]程度)に絞った上で
以下を実行する。
た単独測位やコードデファレンシャル(GPS衛星を利
用した場合にはDGPS)測位によって、真の位置に対
して、ある範囲内(単独測位の場合には、数10[m]
程度、DGPSの場合には1[m]程度)に絞った上で
以下を実行する。
【0052】すなわち、波長毎に存在する整数値バイア
スの候補に対応した位置の多重解の内、真の解の時系列
変化が変動しない性質を利用して、真の整数値バイアス
を決定する。
スの候補に対応した位置の多重解の内、真の解の時系列
変化が変動しない性質を利用して、真の整数値バイアス
を決定する。
【0053】この決定方法について、図4を参照して説
明する。なお、図4では、この発明の理解を容易にする
ため、1次元の例を示している。
明する。なお、図4では、この発明の理解を容易にする
ため、1次元の例を示している。
【0054】図4に示すように、たとえば時刻T1に衛
星Sxの衛星信号から決定した波長毎に存在する整数値
バイアスの候補に対応した位置の多重解A(T1)、B
(T1)、C(T1)がある。
星Sxの衛星信号から決定した波長毎に存在する整数値
バイアスの候補に対応した位置の多重解A(T1)、B
(T1)、C(T1)がある。
【0055】これらの解の候補の内、真の整数値バイア
スを求めるには、衛星位置が時間的に変化したときに、
真の整数値バイアスに対応する真の解は変動しないが、
誤った整数値バイアスに対応した偽の解は移動する性質
を利用して求める。
スを求めるには、衛星位置が時間的に変化したときに、
真の整数値バイアスに対応する真の解は変動しないが、
誤った整数値バイアスに対応した偽の解は移動する性質
を利用して求める。
【0056】つまり、図4において、衛星Sxの位置が
時刻T1からT2の間に移動した場合、真の解であるB
(T1)は、時刻T2においても位置が変動しないのに
対し、偽の解であるA(T1)、C(T1)は、それぞ
れA(T2)、C(T2)に移動する。
時刻T1からT2の間に移動した場合、真の解であるB
(T1)は、時刻T2においても位置が変動しないのに
対し、偽の解であるA(T1)、C(T1)は、それぞ
れA(T2)、C(T2)に移動する。
【0057】したがって、許容値以上移動した解を、偽
の解として除去していくことにより、真の解B(T1)
を決定することができる。
の解として除去していくことにより、真の解B(T1)
を決定することができる。
【0058】第3の方法 この第3の方法では、3重位相差法による測位解を利用
する。3重位相差法は、2重位相差▽Δθ(t)につい
ての時間変化量、すなわち2重位相差の差から測位解を
求める方法であり、求めた測位解を利用して整数値バイ
アスを決定する。
する。3重位相差法は、2重位相差▽Δθ(t)につい
ての時間変化量、すなわち2重位相差の差から測位解を
求める方法であり、求めた測位解を利用して整数値バイ
アスを決定する。
【0059】上記した第1〜第3の方法により、測位演
算装置116にて整数値バイアスが決定され、その後、
測位位置が算出される。このようにして算出された観測
地点N毎の測位結果が、測位演算装置116からデータ
系列PN(t)(この測位結果には観測時刻情報も含ま
れる。なお、上述したようにNは観測地点の番号であ
り、1,2,…,nの値をとる。)として入出力装置1
18に出力される。
算装置116にて整数値バイアスが決定され、その後、
測位位置が算出される。このようにして算出された観測
地点N毎の測位結果が、測位演算装置116からデータ
系列PN(t)(この測位結果には観測時刻情報も含ま
れる。なお、上述したようにNは観測地点の番号であ
り、1,2,…,nの値をとる。)として入出力装置1
18に出力される。
【0060】入出力装置118では、データ系列P1
(t)〜Pn(t)を表示端末装置108に出力する。
また、入出力装置118は、基準局通信装置106から
供給されるデータ系列θ1(t)〜θn(t)を観測デ
ータ処理装置114に出力する。
(t)〜Pn(t)を表示端末装置108に出力する。
また、入出力装置118は、基準局通信装置106から
供給されるデータ系列θ1(t)〜θn(t)を観測デ
ータ処理装置114に出力する。
【0061】表示端末装置108では、基準局衛星受信
装置102より入力されるデータ系列P1(t)〜Pn
(t)に基づいて、観測地点N毎の測位結果を表示す
る。測位結果は、たとえば、観測地点N毎に、横軸に時
刻、縦軸に緯度、経度、高さとして表示される。
装置102より入力されるデータ系列P1(t)〜Pn
(t)に基づいて、観測地点N毎の測位結果を表示す
る。測位結果は、たとえば、観測地点N毎に、横軸に時
刻、縦軸に緯度、経度、高さとして表示される。
【0062】以上説明したように、上述した実施の形態
によれば、以下の特徴を有する。
によれば、以下の特徴を有する。
【0063】まず、この実施の形態においては、基準局
衛星受信装置102における測位演算装置116におい
て、観測地点Nの観測局衛星受信装置3Nの任意の時刻
に観測した搬送波瞬時位相に基づいて整数値バイアスを
決定することができるため、以下の効果が達成される。
衛星受信装置102における測位演算装置116におい
て、観測地点Nの観測局衛星受信装置3Nの任意の時刻
に観測した搬送波瞬時位相に基づいて整数値バイアスを
決定することができるため、以下の効果が達成される。
【0064】第1に、サイクルスリップの影響を受ける
ことなく、正確な整数値バイアスを決定することができ
る。
ことなく、正確な整数値バイアスを決定することができ
る。
【0065】第2に、任意の時刻に観測値を得ればよい
ので、間欠受信動作を行うことができる。したがって、
従来の連続受信動作による測位システムに比較して、こ
の実施の形態に係る測位システム10は、観測局衛星受
信装置3Nの消費電力を低減することができる。
ので、間欠受信動作を行うことができる。したがって、
従来の連続受信動作による測位システムに比較して、こ
の実施の形態に係る測位システム10は、観測局衛星受
信装置3Nの消費電力を低減することができる。
【0066】次に、測位演算装置116における複数の
観測地点データの処理方法については、図5に示すよう
に、1つの観測地点に係る処理が終了した後に、次の観
測地点の処理を行う、観測地点毎の順次処理方式を採用
する。すなわち、時刻t0〜t1では観測地点1の処理
を行い、観測地点1の処理の終了後、時刻t1〜t2で
は観測地点2の処理を行い、以下、時刻tn−1〜時刻
tnでは観測地点Nの処理を行う。
観測地点データの処理方法については、図5に示すよう
に、1つの観測地点に係る処理が終了した後に、次の観
測地点の処理を行う、観測地点毎の順次処理方式を採用
する。すなわち、時刻t0〜t1では観測地点1の処理
を行い、観測地点1の処理の終了後、時刻t1〜t2で
は観測地点2の処理を行い、以下、時刻tn−1〜時刻
tnでは観測地点Nの処理を行う。
【0067】このように、複数の観測データを観測地点
N毎に時分割して処理を行う方式を採用することによ
り、以下の効果が達成される。
N毎に時分割して処理を行う方式を採用することによ
り、以下の効果が達成される。
【0068】第1に、基準局衛星受信装置102におけ
るデータ処理負荷を分散化することにより、複数データ
を一括処理で行う場合に比較して、基準局衛星受信装置
102のCPU(中央演算処理装置)等の処理負荷を低
減することができる。
るデータ処理負荷を分散化することにより、複数データ
を一括処理で行う場合に比較して、基準局衛星受信装置
102のCPU(中央演算処理装置)等の処理負荷を低
減することができる。
【0069】第2に、基準局通信装置106と基準局衛
星受信装置102との間のデータ通信において、複数の
データ中、1データのみを受信すればよいので、複数デ
ータを一括して受信する通信処理に比較して、通信負荷
を軽くすることができる。
星受信装置102との間のデータ通信において、複数の
データ中、1データのみを受信すればよいので、複数デ
ータを一括して受信する通信処理に比較して、通信負荷
を軽くすることができる。
【0070】第3に、基準局衛星受信装置102で各種
計算を行うソフトウエアにおいて、多数の配列処理を行
う必要がなくなるため、ソフトウエアの容量を節約する
ことができる。
計算を行うソフトウエアにおいて、多数の配列処理を行
う必要がなくなるため、ソフトウエアの容量を節約する
ことができる。
【0071】さらに、この実施の形態では、リアルタイ
ム測位における観測データの伝送の際に、以下に示す利
点がある。
ム測位における観測データの伝送の際に、以下に示す利
点がある。
【0072】すなわち、搬送波瞬時位相は、1[cyc
le]以下の観測データであるので、1[cycle]
以上の値となる位相積算値を伝送する場合に比較して、
データ伝送量を少なくすることができ、かつ観測データ
の間欠送信が行えるため、第1に通信回線のコストを削
減することができる。第2に、観測局通信装置4Nおよ
び基準局通信装置106の負荷を軽減することができ、
測位システム10全体の省電力化に寄与することができ
る。
le]以下の観測データであるので、1[cycle]
以上の値となる位相積算値を伝送する場合に比較して、
データ伝送量を少なくすることができ、かつ観測データ
の間欠送信が行えるため、第1に通信回線のコストを削
減することができる。第2に、観測局通信装置4Nおよ
び基準局通信装置106の負荷を軽減することができ、
測位システム10全体の省電力化に寄与することができ
る。
【0073】なお、上述した実施の形態において、観測
局通信装置4Nと基準局通信装置106との間の接続は
無線接続で行っているが、有線接続で行うこともでき
る。また、基準局通信装置106については、連続受信
動作としているが、タイマー装置を設け、このタイマー
装置を利用した間欠受信動作とすることもできる。
局通信装置4Nと基準局通信装置106との間の接続は
無線接続で行っているが、有線接続で行うこともでき
る。また、基準局通信装置106については、連続受信
動作としているが、タイマー装置を設け、このタイマー
装置を利用した間欠受信動作とすることもできる。
【0074】なお、この発明は、上述の実施の形態に限
らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成
を採り得ることはもちろんである。
らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成
を採り得ることはもちろんである。
【0075】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、地滑り等の微小変動を観測する測位システムにおい
て、観測地点の初期位置が未知の場合においても、任意
の時刻に観測した搬送波瞬時位相を観測値として整数値
バイアスを決定することができるため、従来の測位シス
テムに比較して以下の効果が得られる。
ば、地滑り等の微小変動を観測する測位システムにおい
て、観測地点の初期位置が未知の場合においても、任意
の時刻に観測した搬送波瞬時位相を観測値として整数値
バイアスを決定することができるため、従来の測位シス
テムに比較して以下の効果が得られる。
【0076】任意の時刻における搬送波瞬時位相を観測
値とするため、サイクルスリップの影響を排除して正確
な整数値バイアスを決定することができる。
値とするため、サイクルスリップの影響を排除して正確
な整数値バイアスを決定することができる。
【0077】任意の時刻に観測値を得ればよいので、間
欠受信動作を行うことができる。したがって、従来の連
続受信動作による測位システムに比較して、衛星受信装
置の消費電力を小さくすることができる。
欠受信動作を行うことができる。したがって、従来の連
続受信動作による測位システムに比較して、衛星受信装
置の消費電力を小さくすることができる。
【0078】また、この発明では、リアルタイム測位に
おける観測データの伝送の際に、以下のことが行える。
おける観測データの伝送の際に、以下のことが行える。
【0079】搬送波瞬時位相は、1[cycle]以下
の観測データであるので、1[cycle]以上の値と
なる位相積算値を伝送する場合に比べ、データ伝送量を
少なくすることができ、かつ観測データの間欠通信が行
えるため、通信コストを削減することができる。また、
通信装置の負荷を軽減することができ、測位システム全
体として省電力化に寄与することができる。
の観測データであるので、1[cycle]以上の値と
なる位相積算値を伝送する場合に比べ、データ伝送量を
少なくすることができ、かつ観測データの間欠通信が行
えるため、通信コストを削減することができる。また、
通信装置の負荷を軽減することができ、測位システム全
体として省電力化に寄与することができる。
【図1】この発明の一実施の形態に係る全体ブロック図
である。
である。
【図2】図1中、観測局衛星受信装置の構成を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図3】図1中、基準局衛星受信装置の構成を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図4】真の整数値バイアスの決定方法の説明図であ
る。
る。
【図5】測位演算装置における複数観測地点データの処
理方法の説明図である。
理方法の説明図である。
10…測位システム 1N、104…衛
星受信アンテナ 2N…観測局 3N…観測局衛星
受信装置 4N…観測局通信装置 5N、110…通
信アンテナ 31…観測局衛星受信装置 41…観測局通信
装置 72…タイマー装置 74…信号処理装
置 76…出力装置 80…太陽電池 82…バッテリ 100…基準局 102…基準局衛星受信装置 104…衛星受信
アンテナ 106…基準局通信装置 108…表示端末
装置 112…信号処理装置 114…観測デー
タ処理装置 116…測位演算装置 118…入出力装
置
星受信アンテナ 2N…観測局 3N…観測局衛星
受信装置 4N…観測局通信装置 5N、110…通
信アンテナ 31…観測局衛星受信装置 41…観測局通信
装置 72…タイマー装置 74…信号処理装
置 76…出力装置 80…太陽電池 82…バッテリ 100…基準局 102…基準局衛星受信装置 104…衛星受信
アンテナ 106…基準局通信装置 108…表示端末
装置 112…信号処理装置 114…観測デー
タ処理装置 116…測位演算装置 118…入出力装
置
Claims (3)
- 【請求項1】少なくとも1つの地点に設置された観測局
衛星受信装置を有する観測局と、 前記観測局と通信により接続され、基準局衛星受信装置
を有する基準局とを備え、 前記観測局は、前記観測局衛星受信装置により、任意の
時刻に観測した複数の衛星信号についてのそれぞれ1サ
イクル以下の搬送波位相を前記基準局に送信し、 前記基準局は、前記任意の時刻と同時刻に前記基準局衛
星受信装置で観測した前記複数の衛星信号の搬送波位相
と、前記観測局から送信されてきた搬送波位相とから整
数値バイアスを決定し、該基準局の位置を基準に上記観
測局の位置を算出することを特徴とする測位システム。 - 【請求項2】複数の衛星信号を受信する衛星受信アンテ
ナと、 前記衛星受信アンテナに接続される信号処理装置と、 前記信号処理装置の間欠動作を指令するタイマー装置
と、 基準局への送信手段とを備え、 前記信号処理装置は、前記タイマー装置から間欠動作の
指令を受けたとき、前記衛星受信アンテナを通じて受信
した複数の衛星信号から、衛星毎に1サイクル以下の搬
送波位相を算出し、前記送信手段は、算出された搬送波
位相を基準局へ送信することを特徴とする測位システム
における観測局。 - 【請求項3】複数の衛星信号を受信する衛星受信アンテ
ナと、 観測局から送信される、前記複数の衛星信号についての
衛星毎の1サイクル以下の搬送波位相と、前記衛星受信
アンテナを通じて受信した複数の衛星信号についての衛
星毎の1サイクル以下の搬送波位相に基づき、前記観測
局における搬送波位相の積算値を算出する基準局衛星受
信装置とを備えることを特徴とする測位システムにおけ
る基準局。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001070275A JP2002267735A (ja) | 2001-03-13 | 2001-03-13 | 測位システムおよびその観測局並びにその基準局 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001070275A JP2002267735A (ja) | 2001-03-13 | 2001-03-13 | 測位システムおよびその観測局並びにその基準局 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=18928176
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JP2001070275A Pending JP2002267735A (ja) | 2001-03-13 | 2001-03-13 | 測位システムおよびその観測局並びにその基準局 |
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---|---|
JP (1) | JP2002267735A (ja) |
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JP2011027468A (ja) * | 2009-07-22 | 2011-02-10 | Tokyo Univ Of Science | データ生成装置、受信装置、プログラム、及び変位計測システム |
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