JP2004198291A

JP2004198291A - 測位システム、測位補助システムおよび測位装置

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Publication number: JP2004198291A
Application number: JP2002368125A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Suga; 秀一須賀; Hiroto Tsunoda; 寛人角田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】地理的条件によらず高い精度で位置情報を得ることのできる測位システム、測位補助システムおよび測位装置を提供する。
【解決手段】地上に複数の基準観測点３１〜３Ｍを配置し、ＧＰＳ衛星及び通信・測位衛星Ｓ１〜ＳＮから送信されるＬ１波（Ｌ２波、Ｌ５波）帯の測位情報を基準観測点３１〜３Ｍで受信して測位データを得る。測位データをデータ収集局４で収集し、ＤＧＰＳ処理局５により各基準観測点３１〜３Ｍの位置座標データとの差から差分データを得る。得られた差分データをアップリンク地上局６から通信・測位衛星２を介してダウンリンクで地上に向け放送する。移動体７に搭載される測位装置７０は、ＧＰＳ衛星と通信・測位衛星の信号を受信して自己の大まかな位置を算出し、算出した位置における差分データの補正値をさらに算出してＤＧＰＳ処理を行なうようにした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）を利用する測位システム、測位補助システムおよび測位装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年ではＧＰＳなどの測位システムが様々な分野に普及し、航空機、車両、あるいはユーザ・トレッキングを行う歩行者などといった移動体において自己の位置を知るために活用されている。この種のシステムでは、測位用の複数の人工衛星（以下、衛星と称する）から電波で送出されるコード情報および軌道暦（エフェメリス）を測位装置において受信し、三角測量の原理により測位装置の位置情報を算出する。
【０００３】
ＧＰＳにより得られる測位データは誤差を含み、ＧＰＳを単独で用いる場合の測位精度は現状では約５〜１０ｍ程度である。しかしながらこの精度では、車両の自律的な移動や、航空機の離着陸時のように特に高精度な位置情報が必要な場合には不十分である。また車両の自律運行、航空機の自動飛行モードなどのように、自律的に移動する移動体を将来実現するためにもさらに高精度な位置情報を得られるようにする必要がある。
【０００４】
そこで、ＤＧＰＳ（Differential GPS）として知られるシステムが利用される。このシステムは、正確な位置座標が予め計測された基準観測点でＧＰＳによる測位処理を行い、得られた測位データと正確な座標値とに基づいて誤差修正用の差分データを得るシステムである。すなわち、ＧＰＳ衛星から取得した測位情報と基準観測点との位置座標とから、各ＧＰＳ衛星と各規準観測点とのそれぞれの幾何学的な距離を算出することができる。その値と、測位データとしてのコードレンジとの差から基本的な差分データを生成することができる。近年のシステムでは、この基本的な差分データに含まれる衛星のクロックドリフトをエフェメリスデータを用いて補正し、さらに平均化して実用上のデータを生成するようにしている。ＧＰＳとＤＧＰＳとを併用し、誤差修正用データを測位装置に通知することにより測位誤差を修正でき、より高精度な位置情報を得ることができる。
【０００５】
ところで、ＧＰＳにおいては可視衛星数とその幾何学的配置が測位精度に大きく影響する。開かれた場所においては数十もの衛星を捕捉できることがあり、このようなケースでは最大限の測位精度を得ることができる。一方、ビルなどの障害物の影響により、あるいは時間帯により捕捉可能な衛星の数が減ることがあり、それにつれて精度が劣化し、最悪の場合には測位ができなくなることもある。このように、ＧＰＳは地理的条件により測位精度が変化するという弱点を有しており、これは特に移動体への応用に際して大きな問題となる。
【０００６】
ＤＧＰＳを併用しても同様の弱点がある。すなわちＤＧＰＳにおいては、地上の基準観測点が展開する無線エリア内に在圏する測位装置に、無線回線を介して誤差修正用データが通知される。このためエリア外においてはもとより、エリア内であってもビル街、山岳地、窪地などのように基準観測点からの電波を受信し難い地域では所望の処理を実施できないことになる。また誤差修正用データは基準観測点からの距離と共に不正確になるので、たとえ遠く離れた基準観測点からの電波を測位装置において受信できたとしても、測位精度の向上は望めない。実用の上では測位装置と基準観測点との距離は１０ｋｍ程度が限界とされる。
【０００７】
なお本発明に関連する情報を開示する文献として、下記の非特許文献１がある。この文献には、電離層を通過するＬ１波帯信号の遅延量の補正値などに関する情報が記載されている。
【０００８】
【非特許文献１】
「Appendix A,pp A37-A40,ＲＴＣＡ/ＤＯ２２９Ｂ Octover 6,1999」
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように既存の測位システムの測位精度は、測位装置の置かれる地理的条件に大きく影響される。
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、地理的条件によらず高い精度で位置情報を得ることのできる測位システム、測位補助システムおよび測位装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、それぞれ測位情報を提供する複数の人工衛星（例えばＧＰＳ衛星など）と、予め位置座標データが精密計測された基準観測点と、前記複数の人工衛星からそれぞれ提供される測位情報を利用して前記基準観測点の測位データを算出する第１測位手段（例えば測位処理部など）と、この第１測位手段により算出される前記基準観測点の測位データと当該基準観測点の位置座標データとから測位処理に係わる差分データを生成する差分データ生
成手段（例えば差分データ生成部など）と、この差分データ生成手段により生成される差分データをアップリンクで送信する送信手段（例えばアップリンク地上局など）と、この送信手段により送信される差分データを前記アップリンクで取得し、この取得した差分データを地上に向けダウンリンクで放送する通信・測位衛星（例えば準天頂衛星など）と、前記複数の人工衛星からそれぞれ提供される測位情報を利用して被測位体の測位データを算出する第２測位手段（例えば測位部など）と、この第２測位手段により算出される前記被測位体の測位データを前記通信・測位衛星から放送される前記差分データを用いて修正する修正手段（例えば修正部など）とを具備することを特徴とする。
【００１１】
差分データ生成手段は、差分データそのものだけでなく、差分データから生成される関数の係数や、差分データから生成される仮想位置の差分データをも生成する。
【００１２】
このような手段を講じることにより、差分データは通信・測位衛星を経由して地上の
測位装置などに伝送される。従って地上側のみのインフラストラクチャによりサービスエリアを展開する既存のシステムに比べ、電波の見通し環境を大幅に改善できる。すなわち差分データを通信・測位衛星を経由して測位装置に通知することで、ビル街、山岳地の谷、窪地などの不利な条件においても測位装置は差分データを取得することができ、これにより地理的条件によらず位置情報を高い精度で得ることが可能になる。
【００１３】
さらに、測位情報は通信・測位衛星からも送出され、ＧＰＳ衛星からの測位情報に基づく差分データおよび通信・測位衛星からの測位情報に基づく差分データを利用することにより、測位精度がさらに改善される。すなわち差分データは、ＧＰＳだけではなく、通信・測位衛星からの測位情報によっても生成される。
【００１４】
また本発明は、さらに、前記通信・測位衛星から放送される前記差分データの補正値を、前記基準観測点と前記被測位体との相対的位置関係に基づいて生成する補正手段（例えば補正処理部など）を具備し、前記修正手段は、前記第２測位手段により算出される前記被測位体の測位データを前記補正手段で生成される差分データの補正値を用いて修正することを特徴とする。
【００１５】
このような手段を講じることにより、基準観測点からある程度離れた場所における差分データが例えば最小二乗平均などの手法により補正される。すなわち計測位置を修正するための情報がより正確な値に補正される。これにより位置情報の正確さをさらに高めることが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係わる測位システムの実施の形態を示すシステム図である。このシステムは、複数のＧＰＳ衛星Ｓ１〜ＳＮ、通信・測位衛星２、複数の基準観測点３１〜３Ｍ、データ収集局４、ＤＧＰＳ処理局５、およびアップリンク地上局６を備える。被測位体としての移動体７は測位装置（図示せず）を備え、測位補助システムとしてのこれらのインフラストラクチャを利用して自己の位置を求める。移動体７としては市街地、山岳地、盆地、窪地を走行する路線バス、自動車、鉄道などが有る。
【００１７】
現在、ＧＰＳ衛星Ｓ１〜ＳＮはほぼ２０，０００ｋｍ上空の軌道上に配置され、コードレンジ、キャリア情報、および軌道歴（エフェメリス）などを含む測位情報をＬ１波帯の電波に重畳して地上に向け送信する。なお将来においてはＧＰＳ衛星からＬ２波帯に情報を載せたり、Ｌ５帯の信号をＧＰＳ衛星から送出することが計画されている。本発明はこれらの周波数帯を利用するシステムにおいても適用することができる。
【００１８】
通信・測位衛星２はＧＰＳ衛星Ｓ１〜ＳＮよりも高い軌道に配置され、ＧＰＳ衛星Ｓ１〜ＳＮよりも地上からは遅く移動するように見える軌道をとる。基準観測点３１〜３Ｍは例えば２０〜３０ｋｍ間隔で地上に分散配置され、その位置座標は予め精密に計測されてデータベース化される。また基準観測点３１〜３ＭはＧＰＳ衛星Ｓ１〜ＳＮからのＬ１波をそれぞれ受信し、このＬ１波に含まれる種々のデータを抽出する。抽出されたデータは全国観測網を介してデータ収集局４に収集され、ＤＧＰＳ処理局５に伝達される。
【００１９】
ＤＧＰＳ処理局５は収集された各基準観測点３１〜３Ｍの測位データからＤＧＰＳ処理のための修正データを生成し、これをアップリンク地上局６に伝達する。アップリンク地上局６は、ＤＧＰＳ処理局５で生成された修正データを通信・測位衛星２に向けアップリンクで送出する。通信・測位衛星２は修正データをダウンリンクで地上に向け放送する。移動体７はＧＰＳ衛星Ｓ１〜ＳＮからのＬ１波を受信して自己の測位データを得ると共に、通信・測位衛星２から放送される修正データを抽出して測位データを修正する。
【００２０】
図２は、図１のＤＧＰＳ処理局５の構成を示す機能ブロック図である。ＤＧＰＳ処理局５は、データ収集局４から送られるデータを通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）部５１を介して受信する。このデータはＣＰＵ（Central Processing Unit）などの制御部５２に与えられ、記憶部５３に記憶される所定の処理プログラムに基づきデータ処理される。このほかＤＧＰＳ処理局５は、操作者とのユーザインタフェースとなるモニタ部５４および入出力部５５を備える。
【００２１】
ところで制御部５２は、測位処理部５２ａと差分データ生成部５２ｂとを備える。測位処理部５２ａは、データ収集局４を介して与えられる各基準観測点３１〜３Ｍの受信データから測位情報を抽出し、測位データを各基準観測点３１〜３Ｍごとに算出する。これにより各基準観測点３１〜３ＭのＧＰＳ測位データがコード情報またはキャリア情報に基づいて生成される。差分データ生成部５２ｂは、測位処理部５２ａにより算出される各基準観測点３１〜３Ｍの測位データと、各基準観測点３１〜３Ｍの位置座標データとを照合し、測位データと位置座標データとの差分データを各基準観測点３１〜３Ｍごとに生成する。生成された差分データは通信Ｉ／Ｆ部５１を介してアップリンク地上局６に伝達され、通信・測位衛星２を介して地上に向け放送される。
【００２２】
図３は、図１の移動体に搭載される測位装置７０の構成を示す機能ブロック図である。図３において、ＧＰＳ衛星Ｓ１〜ＳＮからのＬ１波（Ｌ２波，Ｌ５波）、および通信・測位衛星２からのＬ１波（Ｌ２波，Ｌ５波）及び放送波はアンテナ１１に到達し、低雑音の無線周波（ＲＦ）増幅器１２により増幅されたのち周波数変換部１３で中間周波数（ＩＦ）信号にダウンコンバートされる。このＩＦ信号は検波部１４および搬送波再生部１５に入力される。
【００２３】
検波部１４は、入力されるＩＦ信号を検波処理して検波信号を放送データ抽出部１６に入力する。放送データ抽出部１６は通信・測位衛星２からの放送波から差分データを抽出する。
【００２４】
一方、搬送波再生部１５は、入力されるＩＦ信号に固有のＰＮ（擬似雑音）コードを乗算してスペクトル逆拡散処理を施し、搬送波を再生する。再生された搬送波は衛星情報抽出部１７と位相カウンタ１８とに入力される。衛星情報抽出部１７は再生搬送波に含まれる信号をデータ復調し、エフェメリスなどの衛星情報を取得して擬似距離算出部１９に入力する。位相カウンタ１８は、再生搬送波の位相変化の回数をカウントし、単位時間毎のカウント値とＧＰＳ測位信号の波長（Ｌ１波帯周波数１．５７ＧＨｚに相当するほぼ２０ｃｍ）とを乗算してキャリア長Ｃを算出する。擬似距離算出部１９は、衛星情報抽出部１７で得られた衛星情報から各衛星（ＧＰＳ衛星Ｓ１〜ＳＮおよび通信・測位衛星２）までのコードレンジＲを算出する。キャリア長ＣおよびコードレンジＲは測位部２０に入力される。
【００２５】
測位部２０は、キャリア長ＣおよびコードレンジＲに基づき移動体７の測位データを算出する。得られた測位データは補正処理部２１および修正部２３に与えられる。補正処理部２１は選択部２１ａを備える。選択部２１ａは測位部２０から与えられる測位データに基づいて複数の基準観測点を選択する。
【００２６】
補正処理部２１は、選択部２１ａで選択された基準観測点の位置座標と、測位部２０から与えられる測位データとの相対的位置関係に基づき、差分データの補正値を生成する。この補正値は修正部２３に与えられ、修正部２３は、測位部２０で得られた測位データを差分データの補正値に基づいて修正し、移動体７の位置情報を得る。なお記憶部２２は所定の記憶領域に、各基準観測点の位置座標を各基準観測点の識別情報（ＩＤ：Identification）に対応付けた位置座標データベース（ＤＢ）を記憶する。
【００２７】
図４は、本発明に係わる補正方法の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、主として図３の測位装置７０におけるソフトウェア処理により実施される手順を示す。
【００２８】
図４において、測位装置７０はＧＰＳ衛星Ｓ１〜ＳＮからのＬ１波および通信・測位衛星２からの放送波を受信し、自己の測位データを算出する（ステップＳ１）。ここで得られる測位データは修正前であるため、大まかな値となる。次に測位装置７０は、得られた測位データから自己に近接する複数の基準観測点を図２の位置座標ＤＢ２２ａを検索して選択する。そして、選択した基準観測点に対応する差分データを通信・測位衛星２の放送データから抽出する（ステップＳ２）。
【００２９】
このステップでは少なくとも３以上の基準観測点を選択する。選択された基準観測点に３ｉ，３ｊ，３ｋ…なるインデックスを付す。
【００３０】
次に測位装置７０は、選択した基準観測点の位置座標データを位置座標ＤＢ２２ａから取得し、その位置座標と、抽出した差分データとから、自己の測位データに対応する位置における差分データ（差分データの補正値）を得るための補正関数を算出する（ステップＳ３）。すなわちこのステップでは、ステップＳ２において選択された基準観測点のそれぞれの位置座標データおよび差分データから所定の補正係数が算出され、この係数に基づき補正関数が決定される。次に測位装置７０は、補正関数に自己の測位データを代入して差分データの補正値を生成する（ステップＳ４）。
【００３１】
次に測位装置７０は、得られた差分データの補正値を用いてＧＰＳコード距離を補正し（ステップＳ５）、この補正したコードレンジをもとにＤＧＰＳ処理を実施して自己の位置を再計算する（ステップＳ６）。
【００３２】
次に、ステップＳ３において補正関数を算出するための各種の方式につき数式を用いて説明する。各基準観測点におけるそれぞれの測位データと位置座標との差分データは、基準観測点からの距離が離れるにつれ不正確になる。そこで、下記の近似方式により基準観測点から離間する位置における差分データを算出する。
【００３３】
三次元座標を引数とする補正関数ｆｓにより、各基準観測点座標における差分データの補正値すなわちコード補正情報を表現する。ｓはＧＰＳ衛星Ｓ１〜ＳＮ及びコード情報を放送する通信・測位衛星を個別に区別するためのインデックスである。
【数１】

【００３４】
式（１）〜式（３）はそれぞれ基準観測点３ｉ，３ｊ，３ｋにおけるＧＰＳ衛星及び通信・測位衛星ｓのコード補正情報である。ｆｓを用いて、移動体７の観測地点におけるＧＰＳ衛星及び通信・測位衛星ｓのコード補正情報を式（４）のように表すことができる。
【００３５】
（二次曲面近似方式）
本方式では、二次曲面関数によりｆｓを定義する。その定義式は、係数ａ１１〜ａ３４を用いて式（５）のように表すことができる。
【数２】

【００３６】
本方式では式（５）の各係数を最小二乗法で算出する。そのためには少なくとも９個の基準観測点のデータが必要となる。９個の基準観測点の位置座標を（ｘ１，ｙ１，ｚ１）〜（ｘ９，ｙ９，ｚ９）としＧＰＳ衛星及び通信・測位衛星ｓのコード補正情報をｄＲ１ｓ〜ｄＲ９ｓとすると、行列式を用いて次式（６）のように表現できる。
【数３】

【００３７】
あるいは、左辺を行列ＸおよびベクトルＡで表し、右辺をｄＲとすれば次式（７）のように表せる。
【数４】

【００３８】
この行列式を式（８）のように解くことで係数ａ１１〜ａ３４を求めることができる。
【数５】

【００３９】
このようにして補正関数ｆｓを決定することができ、測位装置７０は測位データを式（５）に代入して自己の位置における補正データを得ることができ、これにより測位データを修正して自己の位置を正確に知ることができる。
【００４０】
（最小二乗法平面近似方式）
この方式では平面関数によりｆｓを表現する。平面関数で近似するため係数は３つとなり、従って少なくとも３箇所の基準観測点のデータが必要となる。本方式では補正関数ｆｓを次式（９）または（１０）のように表せる。
【数６】

【００４１】
あるいは、左辺を行列ＸおよびベクトルＡで表し、右辺をｄＲとすれば次式（１１）のように表せる。
【数７】

【００４２】
この行列式を式（１２）のように解くことで係数ａ１４，ａ２４，ａ３４を求めることができる。
【数８】

【００４３】
このようにして得られた補正関数ｆｓにより測位装置７０は自己の位置における補正データを得ることができ、これにより測位データを修正して自己の位置を正確に知ることができる。
【００４４】
（平面近似方式）
最小二乗法平面近似方式の他の手法として、座標値を緯度、経度、および高度（φ、λ、ｈ）に変換し、このうち緯度、経度に関して下記の演算を行ない、測位装置７０の観測地点ｕにおける補正データｄＲｓｕを算出することができる。
【００４５】
図５は、本方式において４つの格子点の座標データを用いる場合を説明するための模式図である。各格子点に基準観測点３１〜３４が配置され、それぞれの位置を緯度φ１，φ２、経度λ１，λ２で表現すると、次式（１３）〜（１５）を用いて比例配分により測位装置７０の観測地点ｕにおける補正データｄＲｓｕを算出することができる
【数９】

【００４６】
（補正データに重み付けを行う方式）
この方式は、コード距離補正量に、ＲＴＣＡＤＯ２２９Ｂ電離層グリッドマップによる電離層補正方式を用いて重みをつける方式である。ここでは、電離層遅延量ではなく、コード距離補正量を補正する。
【００４７】
各基準観測点における重みをＷｉとすると、補正関数は次式（１６）で表される。
【数１０】

【００４８】
式（１６）におけるλ，φは、図５の模式図においてＧＰＳ衛星信号が地上３５０ｋｍ上空の電離層を貫通する経度、緯度、あるいは基準観測点の経度、緯度を示す。
【００４９】
重み関数は次式（１７）のように表される。
【数１１】

【００５０】
４つの格子点に配置される基準観測点のデータを用いる場合の重みは、以下の式（１８）〜（２５）を用いて算出することができる。
【数１２】

【００５１】
図６は、本方式において３つの格子点の座標データを用いる場合を説明するための模式図である。各格子点に基準観測点３１〜３３が配置され、それぞれの位置を緯度φ１，φ２、経度λ１，λ２で表現する。各基準観測点における重みをＷｉとすると、補正関数は次式（２６）で表される。各重みは、次式（２７）〜（２９）となる。
【数１３】

【００５２】
このように本実施形態では、地上に複数の基準観測点３１〜３Ｍを配置し、ＧＰＳ衛星及び通信・測位衛星Ｓ１〜ＳＮから送信されるＬ１波（Ｌ２波、Ｌ５波）帯の測位情報を基準観測点３１〜３Ｍで受信して測位データを得る。測位データをデータ収集局４で収集し、ＤＧＰＳ処理局５により各基準観測点３１〜３Ｍの位置座標データとの差から差分データを得る。得られた差分データをアップリンク地上局６から通信・測位衛星２を介してダウンリンクで地上に向け放送する。移動体７に搭載される測位装置７０は、ＧＰＳ衛星と通信・測位衛星の信号を受信して自己の大まかな位置を算出し、算出した位置における差分データの補正値をさらに算出してＤＧＰＳ処理を行なうようにしている。
【００５３】
このように、ＤＧＰＳ処理に供するための差分データを通信・測位衛星２を介して地上に向け放送するようにしているので、地理的条件の悪い場所においてもＤＧＰＳ処理を実施することが可能になる。
【００５４】
また、基準観測点からある程度離間する位置におけるＤＧＰＳ用の差分データを近似式により算出するようにしているので、より正確な補正用データに基づきＤＧＰＳ処理を行なうことができ、測位精度をさらに高めることが可能になる。
【００５５】
すなわち本実施形態によれば、自動車などの移動体がビル街などの悪条件下を通過する際にもローカルエリアＧＰＳ補正方式と同程度の精度の測位処理を実施することが可能になる。さらには、山岳地の谷や窪地などＧＰＳ衛星を十分に捕捉できない場所においても十分な測位精度を得ることができるようになり、日本全国においてシームレスに一定の測位精度を得ることが可能になる。これらのことから、地理的条件によらず高い精度で位置情報を得ることが可能となる。
【００５６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態では測位装置７０の処理により補正関数の係数を算出し、差分データの補正値を得るようにした。これに代えて本実施形態では、ＤＧＰＳ処理局（測位補助システム）において同様の処理を行なうことにより測位装置７０の処理負担を軽減することに主眼を置く。
【００５７】
すなわち本実施形態では、基準観測点の差分データと基準観測点の位置座標データとから補正関数の係数を数１０ｋｍ範囲毎に算出し、算出した範囲を識別する情報を生成する処理を測位補助システム側で実施し、算出した補正係数及び範囲を識別する情報を通信・測位衛星２を経由して地上に向け放送する。測位装置７０はこの係数及び範囲を識別する情報を受信し、ＧＰＳ及び通信・測位衛星により求めた大まかな位置と範囲を識別する情報とを比較して、使用すべき係数を抽出して補正関数を生成し、この関数を用いて差分データを生成して測位処理を行なう。
【００５８】
要約すると本実施形態では、地上をほぼ３０ｋｍ四方程度の広さの複数の区域に分け、その地域ごとに係数を算出して、算出した係数には地域を示す識別情報を付加する。そして、その付加した情報と、ＧＰＳ衛星および通信・測位衛星の信号を受信して算出した自己の大まかな位置とを照合することにより、測位装置７０側で係数を選択するようにする。
【００５９】
図７は、本実施形態におけるＤＧＰＳ処理局５の構成を示す機能ブロック図である。なお図７において図２と共通する部分には同一の符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。図７のＤＧＰＳ処理局５は、制御部５２に補正処理部５２ｃを備え、記憶部５３の所定領域に位置座標ＤＢ５３ａを記憶する。位置座標ＤＢ５３ａは図３の位置座標ＤＢ２２ａと同内容である。
【００６０】
補正処理部５２ｃは、位置座標ＤＢ５３ａの各基準観測点の位置座標を参照し、差分データ生成部５２ｂで生成される差分データの補正値を、地上側の所定の地域ごとに基準観測点との相対的位置関係に基づいて生成する。そして本実施形態においては、差分データから算出された関数の係数及び地域を示す情報を通信・測位衛星２を介して地上に向け放送するようにする。
【００６１】
図８は、本実施形態における測位装置７０の構成を示す機能ブロック図である。なお図８において図３と共通する部分には同一の符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。
【００６２】
図８において、放送データ抽出部１６は、差分データから算出された関数の係数及び地域を示す情報を通信・測位衛星２からの信号から抽出する。通信・測位衛星２からの信号は、Ｌ１（Ｌ２，Ｌ５）帯、あるいは専用の周波数帯により送出される。
【００６３】
選択部２１ａは、抽出された地域を示す情報と測位部２０で得られた測位データに基づき、選択すべき地域を選定、抽出された関数の補正係数を選択する。ＧＰＳ衛星Ｓ１〜ＳＮおよび通信・測位衛星２の信号を受信して算出した自己の大まかな位置を、選択した補正係数によるあらかじめ定められた関数に代入することより、その位置の補正データを算出する。算出された補正データを使用してＤＧＰＳ測位を行う。
【００６４】
次に、本実施形態における作用を説明する。ＤＧＰＳ処理局５は、データ収集局４から受信したデータから基準観測点３ｉ，３ｊ，３ｋ…の組を任意の組み合わせで選択する。選択する地点の数は３以上とし、各基準観測点の組の観測データを用いて観測地点３ｉ，３ｊ，３ｋ…の組ごとにＧＰＳ衛星及び通信・測位衛星ｓに対する補正情報ｄＲｉｓ，ｄＲｊｓ，ｄＲｋｓ…を作成する。その際、各組ごとの基準観測点３ｉ，３ｊ，３ｋ…の受信機内部クロックの同期をとる。
【００６５】
そして、ＤＧＰＳ処理局５は、上記の各方式のいずれかに基づいて地域毎に補正係数を算出し、補正関数を決定する。補正係数及び地域を示す情報は通信・測位衛星２を介して地上に向け放送される。
【００６６】
測位装置７０は、放送データから補正係数及び地域を示す情報を抽出し、ＧＰＳ衛星及び通信・測位衛星を用いて測位装置７０の大まかな位置を算出し、あらかじめ決められた関数形に補正係数を適用し、算出した位置を補正関数が適用された関数に代入することで測位装置７０の補正データを生成する。測位装置７０は、補正データを生成してＤＧＰＳ測位を行う。
【００６７】
本実施形態では、平面近似方式において下記の演算手法を用いることができる。図５に示されるような４つの基準観測点を、データ収集局４から送信されるデータの中から抽出し、４つの基準観測点の補正情報を衛星ごとに作成する。そして、緯度、経度、高度（φ、λ、ｈ）に基準観測点の座標を変換し、基準観測点間の変化量を次式（３０）、（３１）により求める。
【００６８】
【数１４】

【００６９】
（３０），（３２）式で得られたＡの値と、図５に示すｄＲｓ３、ｄＲｓ２に相当する基準観測点のＩＤを通信・測位衛星２を経由して放送する。測位装置７０は、ＧＰＳ衛星及び通信・測位衛星を用いて測位装置７０の大まかな位置を算出し、対応するＩＤを選択する。選択されたＩＤに合致する補正データを放送データから抽出し、ｄＲｓ３、ｄＲｓ２に対応する基準観測点の座標を緯度、経度、高度に変換する。さらに自己の測位データを緯度、経度、高度に変換して以下の式に代入することにより、差分データの補正値を算出する。算出した補正値を用いてＤＧＰＳ測位を行う。
【００７０】
【数１５】

【００７１】
さらに、本実施形態に特有の次の方式を用いることができる。
【００７２】
（補正情報グリッドマップ情報放送方式）
図９は、本方式を説明するための模式図である。図９に示されるように、本方式では経度、緯度方向に１０ｋｍごとの仮想グリッドを導入する。各仮想グリッド点には区別のための番号を付し、３〜４つの基準観測点で囲まれたグリッド点ｋの位置の差分データの補正値を上記のいずれかの方式により求める。得られたグリッド点の補正値とグリッド点の番号とを通信・測位衛星２を介して地上に向け放送する。
【００７３】
測位装置７０は、放送されたグリッドマップの情報とグリッド点の番号を、ＧＰＳ衛星及び通信・測位衛星を用いて測位装置７０の大まかな位置を算出し、近接する基準観測点のグリッド点の情報を使用してＤＧＰＳ測位を行う。またはグリッドマップの情報をもとにいずれかの方式に基づき補正情報を作成するようにしてもよい。
【００７４】
すなわちこの方式では、各基準観測点３１〜３Ｍの差分データおよび位置座標データから、２次曲面関数あるいは平面関数を用いて、仮想的な１０ｋｍ四方の正方形グリッド点の差分データを算出する。この差分データをグリッド点の識別情報に対応付けて通信・測位衛星２から地上に向け放送する。測位装置７０は自己の測位データに隣接するグリッド点の差分データをＧＰＳ衛星と通信・測位衛星を用いて算出した測位データをもとに抽出し、この差分データを用いて測位データを補正するようにする。
【００７５】
このように本実施形態では、ＤＧＰＳ処理局５において差分データの補正値を生成し、これを通信・測位衛星２を介して地上に向け放送するようにしている。従って第１の実施形態と同様の効果を得られるに加え、測位装置７０側における処理負担を軽減することができる。
【００７６】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では測位衛星としてＧＰＳ衛星を用いたが、これに限らずＧＬＯＮＡＳＳ（GLObal NAvigation Satellite System）や、ＧＡＬＩＬＥＯ衛星を用いても良い。要するに本発明は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）として一般に知られるシステムに適用することができる。
【００７７】
また、通信・測位衛星２からもＬ１波（あるいはＬ２波帯、Ｌ５波帯）により測位情報を送出するようにしても良い。すなわち通信・測位衛星２からもエフェメリスなどの衛星情報を送出させ、この情報をＧＰＳ衛星Ｓ１〜ＳＮからの衛星情報と共に用いて差分データや補正関数の係数を算出するようにしても良い。このようにすることで測位精度を更に向上させることができる。
【００７８】
また各基準観測点の位置座標を位置座標ＤＢ２２ａにデータベース化し、測位装置７０またはＤＧＰＳ処理局５に記憶させるようにしたが、これに代えて、通信・測位衛星２からの放送データに位置座標ＤＢ２２ａの内容を含ませ、地上側でこれを再生するようにしても良い。
【００７９】
さらに上記実施形態では、通信・測位衛星２から放送波を送出し、ＧＰＳ衛星Ｓ１〜ＳＮとはいわば別回線を経由して測位装置７０に測位情報を提供する方式につき説明した。これに代えて、通信・測位衛星２からＧＰＳ衛星Ｓ１〜ＳＮと同様の周波数帯により測位装置７０に測位情報を提供するようにしても良い。このようにすると、測位装置７０において通信・測位衛星２用とＧＰＳ衛星Ｓ１〜ＳＮ用との受信系を共用でき、既存の装置構成を流用することができる。よって、測位装置７０の低コスト化や省サイズ化などを促すことができる。このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施を行うことができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上詳しく述べたように本発明によれば、地理的条件によらず高い精度で位置情報を得ることのできる測位システム、測位補助システムおよび測位装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる測位システムの実施の形態を示すシステム図。
【図２】図１のＤＧＰＳ処理局５の第１の実施形態における構成を示す機能ブロック図。
【図３】図１の移動体に搭載される測位装置７０の第１の実施形態における構成を示す機能ブロック図。
【図４】本発明に係わる補正方法の処理手順を示すフローチャート。
【図５】最小二乗法平面近似方式において４つの格子点の座標データを用いる場合を説明するための模式図。
【図６】補正データに重み付けを行う方式において３つの格子点の座標データを用いる場合を説明するための模式図。
【図７】図１のＤＧＰＳ処理局５の第２の実施形態における構成を示す機能ブロック図。
【図８】図１の移動体に搭載される測位装置７０の第２の実施形態における構成を示す機能ブロック図。
【図９】補正情報グリッドマップ情報放送方式を説明するための模式図。
【符号の説明】
Ｓ１〜ＳＮ…ＧＰＳ衛星、２…通信・測位衛星、３１〜３Ｍ…基準観測点、４…データ収集局、５…ＤＧＰＳ処理局、６…アップリンク地上局、７…移動体、１１…アンテナ、１２…無線周波増幅器、１３…周波数変換部、１４…検波部、１５…搬送波再生部、１６…放送データ抽出部、１７…衛星情報抽出部、１８…位相カウンタ、１９…擬似距離算出部、２０…測位部、２１…補正処理部、２１ａ…選択部、２２…記憶部、２２ａ…位置座標ＤＢ、２３…修正部、５１…通信インタフェース部、５２…制御部、５２ａ…測位処理部、５２ｂ…差分データ生成部、５２ｃ…補正処理部、５３…記憶部、５３ａ…位置座標ＤＢ、５４…モニタ部、５５…入出力部、７０…測位装置

Claims

それぞれ測位情報を提供する複数の人工衛星と、
予め位置座標データが精密計測された基準観測点と、
前記複数の人工衛星からそれぞれ提供される測位情報を利用して前記基準観測点の測位データを算出する第１測位手段と、
この第１測位手段により算出される前記基準観測点の測位データと当該基準観測点の位置座標データとから測位処理に係わる差分データを生成する差分データ生成手段と、
この差分データ生成手段により生成される差分データをアップリンクで送信する送信手段と、
この送信手段により送信される差分データを前記アップリンクで取得し、この取得した差分データを地上に向けダウンリンクで放送する通信・測位衛星と、
前記複数の人工衛星からそれぞれ提供される測位情報を利用して被測位体の測位データを算出する第２測位手段と、
この第２測位手段により算出される前記被測位体の測位データを前記通信・測位衛星から放送される前記差分データを用いて修正する修正手段とを具備することを特徴とする測位システム。
さらに、前記通信・測位衛星から放送される前記差分データの補正値を、前記基準観測点と前記被測位体との相対的位置関係に基づいて生成する補正手段を具備し、
前記修正手段は、前記第２測位手段により算出される前記被測位体の測位データを前記補正手段で生成される差分データの補正値を用いて修正することを特徴とする請求項１に記載の測位システム。
前記補正手段は、前記被測位体の測位データを引数とし所定の補正係数を有する関数に当該被測位体の測位データを代入して前記差分データの補正値を生成することを特徴とする請求項２に記載の測位システム。
前記基準観測点を複数備える場合に、
さらに、前記第２測位手段により算出される前記被測位体の測位データに応じて２以上の基準観測点を前記複数の基準観測点から選択する選択手段を具備し、
前記第１測位手段は、
前記複数の人工衛星からそれぞれ提供される測位情報を利用して前記複数の基準観測点のそれぞれの測位データを算出し、
前記差分データ生成手段は、
前記第１測位手段により算出される各基準観測点の測位データと各基準観測点の位置座標データとの差分データを各基準観測点ごとに生成し、
前記補正手段は、
前記選択手段により選択された各基準観測点のそれぞれの位置座標データおよび差分データから前記補正係数を算出して前記関数を決定し、この決定した関数に前記被測位体の測位データを代入して前記差分データの補正値を生成することを特徴とする請求項３に記載の測位システム。
前記補正手段は、前記選択手段により選択された各基準観測点のそれぞれの位置座標データおよび差分データに重み関数に基づく重みを付加することを特徴とする請求項４に記載の測位システム。
それぞれ測位情報を提供する複数の人工衛星と、
それぞれ予め位置座標データが精密計測され地上側に配置される複数の基準観測点と、
前記複数の人工衛星からそれぞれ提供される測位情報を利用して前記各基準観測点の測位データを算出する第１測位手段と、
この第１測位手段により算出される前記各基準観測点の測位データと当該基準観測点の位置座標データとの差分データを各基準観測点ごとに生成する差分データ生成手段と、
この差分データ生成手段で生成される前記差分データの補正値を、地上側の所定の地域ごとに前記複数の基準観測点との相対的位置関係に基づいて生成する補正手段と、
この補正手段により生成される前記差分データの補正値をアップリンクで送信する送信手段と、
この送信手段により送信される差分データの補正値を前記アップリンクで取得し、この取得した差分データの補正値を地上に向けダウンリンクで放送する通信・測位衛星と、
前記複数の人工衛星からそれぞれ提供される測位情報を利用して被測位体の測位データを算出する第２測位手段と、
この第２測位手段により算出される前記被測位体の測位データを前記通信・測位衛星から放送される前記差分データの補正値を用いて修正する修正手段とを具備することを特徴とする測位システム。
さらに、前記第２測位手段により算出される前記被測位体の測位データに応じて２以上の基準観測点を前記複数の基準観測点から選択する選択手段を具備し、
前記修正手段は、前記選択手段により選択された各基準観測点のそれぞれに対応する前記差分データの補正値を用いて前記被測位体の測位データを修正することを特徴とする請求項６に記載の測位システム。
前記補正手段は、前記被測位体の測位データを引数とし所定の補正係数を有する関数に当該被測位体の測位データを代入して前記差分データの補正値を生成することを特徴とする請求項６に記載の測位システム。
前記関数は、曲面関数であることを特徴とする請求項４または８に記載の測位システム。
前記関数は、平面関数であることを特徴とする請求項４または８に記載の測位システム。
それぞれ測位情報を提供する複数の人工衛星と、
予め位置座標データが精密計測された基準観測点と、
前記複数の人工衛星からそれぞれ提供される測位情報を利用して前記基準観測点の測位データを算出する測位手段と、
この測位手段により算出される前記基準観測点の測位データと当該基準観測点の位置座標データとの差分データを生成する差分データ生成手段と、
この差分データ生成手段により生成される差分データをアップリンクで送信する送信手段と、
この送信手段により送信される差分データを前記アップリンクで取得し、この取得した差分データを地上に向けダウンリンクで放送する通信・測位衛星とを具備することを特徴とする測位補助システム。
前記基準観測点を複数備え、
前記測位手段は、
前記複数の人工衛星からそれぞれ提供される測位情報を利用して前記複数の基準観測点のそれぞれの測位データを算出し、
前記差分データ生成手段は、
前記測位手段により算出される各基準観測点の測位データと各基準観測点の位置座標データとの差分データを各基準観測点ごとに生成することを特徴とする請求項１１に記載の測位補助システム。
それぞれ測位情報を提供する複数の人工衛星と、
それぞれ予め位置座標データが精密計測され地上側に配置される複数の基準観測点と、
前記複数の人工衛星からそれぞれ提供される測位情報を利用して前記各基準観測点の測位データを算出する測位手段と、
この測位手段により算出される前記各基準観測点の測位データと当該基準観測点の位置座標データとの差分データを各基準観測点ごとに生成する差分データ生成手段と、
この差分データ生成手段で生成される前記差分データの補正値を、地上側の所定の地域ごとに前記複数の基準観測点との相対的位置関係に基づいて生成する補正手段と、
この補正手段により生成される前記差分データの補正値をアップリンクで送信する送信手段と、
この送信手段により送信される差分データの補正値を前記アップリンクで取得し、この取得した差分データの補正値を地上に向けダウンリンクで放送する通信・測位衛星とを具備することを特徴とする測位補助システム。
それぞれ測位情報を提供する複数の人工衛星と、予め位置座標データが精密計測された基準観測点と、前記複数の人工衛星からそれぞれ提供される測位情報を利用して前記基準観測点の測位データを算出する第１測位手段と、この第１測位手段により算出される前記基準観測点の測位データと当該基準観測点の位置座標データとから測位処理に係わる差分データを生成する差分データ生成手段と、この差分データ生成手段により生成される差分データをアップリンクで送信する送信手段と、この送信手段により送信される差分データを前記アップリンクで取得し、この取得した差分データを地上に向けダウンリンクで放送する通信・測位衛星とを具備する測位補助システムを利用して測位処理を行なう測位装置であって、
、
前記複数の人工衛星からそれぞれ提供される測位情報を利用して測位データを算出する第２測位手段と、
この第２測位手段により算出される測位データを前記通信・測位衛星から放送される前記差分データを用いて修正する修正手段とを具備することを特徴とする測位装置。
さらに、前記通信・測位衛星から放送される前記差分データの補正値を、前記基準観測点と自装置との相対的位置関係に基づいて生成する補正手段を具備し、
前記修正手段は、前記第２測位手段により算出される測位データを前記補正手段で生成される差分データの補正値を用いて修正することを特徴とする請求項１４に記載の測位装置。
前記補正手段は、自装置の測位データを引数とし所定の補正係数を有する関数に自装置の測位データを代入して前記差分データの補正値を生成することを特徴とする請求項１５に記載の測位装置。
前記測位補助システムが前記基準観測点を複数備える場合に、
さらに、前記第２測位手段により算出される自装置の測位データに応じて２以上の基準観測点を前記複数の基準観測点から選択する選択手段を具備し、
前記補正手段は、前記選択手段により選択された各基準観測点のそれぞれの位置座標データおよび差分データから前記補正係数を算出して前記関数を決定し、この決定した関数に自装置の測位データを代入して前記差分データの補正値を生成することを特徴とする請求項１６に記載の測位装置。
前記補正手段は、前記選択手段により選択された各基準観測点のそれぞれの位置座標データおよび差分データに重み関数に基づく重みを付加することを特徴とする請求項１７に記載の測位システム。
それぞれ測位情報を提供する複数の人工衛星と、それぞれ予め位置座標データが精密計測され地上側に配置される複数の基準観測点と、前記複数の人工衛星からそれぞれ提供される測位情報を利用して前記各基準観測点の測位データを算出する第１測位手段と、この第１測位手段により算出される前記各基準観測点の測位データと当該基準観測点の位置座標データとの差分データを各基準観測点ごとに生成する差分データ生成手段と、この差分データ生成手段で生成される前記差分データの補正値を、地上側の所定の地域ごとに前記複数の基準観測点との相対的位置関係に基づいて生成する補正手段と、この補正手段により生成される前記差分データの補正値をアップリンクで送信する送信手段と、この送信手段により送信される差分データの補正値を前記アップリンクで取得し、この取得した差分データの補正値を地上に向けダウンリンクで放送する通信・測位衛星とを具備する測位補助システムを利用して測位処理を行なう測位装置であって、
前記複数の人工衛星からそれぞれ提供される測位情報を利用して測位データを算出する第２測位手段と、
この第２測位手段により算出される測位データを前記通信・測位衛星から放送される前記差分データの補正値を用いて修正する修正手段とを具備することを特徴とする測位装置。
さらに、前記第２測位手段により算出される自装置の測位データに応じて２以上の基準観測点を前記複数の基準観測点から選択する選択手段を具備し、
前記修正手段は、前記選択手段により選択された各基準観測点のそれぞれに対応する前記差分データの補正値を用いて自装置の測位データを修正することを特徴とする請求項６に記載の測位装置。