JP2006071370A - Positioning method using satellite, positioning program, and gps receiver - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＧＰＳ（Global Positioning System）に関するものである。 The present invention relates to GPS (Global Positioning System).
ＧＰＳは、衛星から送信される衛星信号を用いることにより、航空機や船舶などの移動体の測位を可能としたシステムである。
近年では、相対航法を利用して測位精度の向上を図るＤＧＰＳ（ディファレンシャルＧＰＳ：Differential GPS）が開発され、このＤＧＰＳを用いた各種測位方法が提案されている。
上記ＤＧＰＳは、既知の位置におかれた基準局と、測位対象である移動局とで衛星からの衛星信号を同時に採取し、両局に共通な誤差を相殺することによって、結果的に測位精度を改善する技術である。
例えば、ＤＧＰＳでは、基準局の受信機を正確に位置がわかっているところにおき、そこでの観測データ（上記衛星信号を基準局にて信号処理した後のデータをいう）から計算によって得られた位置座標と実際の正確な位置座標とを比較することにより、観測データに内包されている誤差量を算出し、この誤差量をＤＧＰＳ補正データとして移動局へ送信する。移動局では、基準局から受信した補正データによって、自己の観測データを補正することにより、基準局と共通の誤差、例えば、電離層遅延、対流圏遅延などを除去することで、より精度の高い測位結果を得ることができる。
GPS is a system that enables positioning of moving objects such as aircraft and ships by using satellite signals transmitted from satellites.
In recent years, DGPS (Differential GPS) which improves positioning accuracy using relative navigation has been developed, and various positioning methods using this DGPS have been proposed.
The above DGPS simultaneously collects satellite signals from satellites at a reference station located at a known position and a mobile station to be positioned, and cancels out errors common to both stations, resulting in improved positioning accuracy. It is a technology to improve.
For example, in DGPS, the position of the reference station receiver is accurately known, and the position coordinates obtained by calculation from observation data there (referred to as data after the satellite signal is processed by the reference station). And the actual accurate position coordinates are compared to calculate an error amount included in the observation data, and this error amount is transmitted to the mobile station as DGPS correction data. The mobile station corrects its own observation data with the correction data received from the reference station, thereby removing common errors with the reference station, such as ionospheric delay, troposphere delay, etc., and obtaining more accurate positioning results. be able to.
上記ＤＧＰＳでは、主に観測データとして衛星信号のＣ／Ａコードを計測する。このため、その測定単位（計測対象に依存した計測の分解能）は300ｍである。
これに対し、衛星信号の搬送波位相を計測するＫＧＰＳ（キネマティックＧＰＳ：Kinematic GPS）が開発、提案されている。
このＫＧＰＳでは、測定単位が非常に小さいため（例えば、Ｌ１周波数帯信号で0.19ｍ、Ｌ２周波数帯信号で0.22ｍ）、非常に高精度な測位結果を得ることが可能となる。
しかしながら、このＫＧＰＳでは、以下に示すように、未知数である整数サイクル（Ambiguity）を導出する必要がある。
一般的に、観測データは、以下の（１）式のような数式（観測方程式）により表される。
φ＋λＮ＝ρ＋ｄiono＋ｄtrop＋e （１）
φは観測データ（搬送波位相）、Ｎは整数サイクル（Ambiguity）、ρはＧＰＳ衛星の送信機アンテナと移動局などに設けられたＧＰＳアンテナとの間の位相中心間の幾何学的距離、ｄionoは電離層遅延、ｄtropは対流圏遅延、eはノイズなど伝搬経路に依存しない誤差である。
In the DGPS, a C / A code of a satellite signal is mainly measured as observation data. For this reason, the measurement unit (measurement resolution depending on the measurement object) is 300 m.
On the other hand, KGPS (Kinematic GPS) that measures the carrier phase of a satellite signal has been developed and proposed.
In this KGPS, since the measurement unit is very small (for example, 0.19 m for the L1 frequency band signal and 0.22 m for the L2 frequency band signal), it is possible to obtain a highly accurate positioning result.
However, in this KGPS, it is necessary to derive an integer cycle (Ambiguity), which is an unknown number, as described below.
In general, the observation data is represented by an equation (observation equation) such as the following equation (1).
φ + λN = ρ + d iono + d trop + e (1)
φ is observation data (carrier phase), N is an integer cycle (Ambiguity), ρ is a geometric distance between phase centers between a GPS satellite transmitter antenna and a GPS antenna provided in a mobile station, etc., d iono Is an ionospheric delay, d trop is a tropospheric delay, and e is an error that does not depend on a propagation path, such as noise.
ここで、観測データφは観測により得ることができ、電離層遅延ｄiono、対流圏遅延ｄtrop、及びノイズなどの誤差ｅは、上述したＤＧＰＳにより得ることができる。しかしながら、整数サイクルＮは、観測により直接的に得ることができず、未知数として残ってしまう。このため、移動局の測位を正確に行うためには、この整数サイクルＮを導出する必要がある。 Here, the observation data φ can be obtained by observation, and the error e such as ionospheric delay d iono , tropospheric delay d trop , and noise can be obtained by the DGPS described above. However, the integer cycle N cannot be obtained directly by observation and remains as an unknown number. For this reason, in order to accurately perform positioning of the mobile station, it is necessary to derive this integer cycle N.
上記整数サイクルを演算により導出し、高精度な測位を実現させる測位方法の一例として、例えば、非特許文献１に開示されているＫＩＮＧＳ法（KINematic Global
positioning system Software）や、非特許文献２に開示されているＬＡＭＢＤＡ法（the Leaset-squares
AMBiguity Decorrelation
Adjustment）などが知られている。
As an example of a positioning method for deriving the integer cycle by calculation and realizing highly accurate positioning, for example, the KINGS method (KINematic Global disclosed in Non-Patent Document 1)
positioning system Software) and the LAMBDA method (the Leaset-squares) disclosed in
AMBiguity Decorrelation
Adjustment) is known.
非特許文献１に開示されているＫＩＮＧＳ法では、以下の方法により移動体の位置が求められる。
まず、ＤＧＰＳ方式にて求めた位置座標（整数サイクルに起因する誤差を内包する位置座標）を仮の解とし、この仮の解の整数サイクルを数サイクル分増減させた各解を真の解の候補（以下、これらを「解候補」という。）とする。ここで、真の解とは、正確な整数サイクルが反映された誤差分の最も少ない位置座標である。
続いて、全ての解候補について、χ二乗検定法を行うことにより、真の解となり得ない解候補を排除し、信頼性の高い解候補のみを抽出する。
続いて、抽出された解候補の全てについて、二次元的位置（水平面）に関する適合性検定を行い、更に真の解として信頼性の高い解候補を更に絞りこむ。この結果、検定をパスした解候補が１つに限定された場合に、この解候補を真の解として決定する。
真の解を決定した後は、この真の解から整数サイクルを導出する。そして、次のエポックからは、この整数サイクルと観測データとを用いて、移動体の測位を行う。
整数サイクル導出後において、一定の整数値であるはずの整数サイクルが、何らかの原因により違う整数値へ変化してしまった場合、つまり、サイクルスリップ（cycle slip）が発生した場合には、上述した同様の手法により、整数サイクルを再度導出することが必要とされる。
In the KINGS method disclosed in Non-Patent Document 1, the position of the moving body is obtained by the following method.
First, the position coordinates obtained by the DGPS method (position coordinates including errors due to integer cycles) are used as temporary solutions, and each solution obtained by increasing / decreasing the integer cycles of this temporary solution by several cycles is the true solution. Candidates (hereinafter referred to as “solution candidates”). Here, the true solution is a position coordinate having the smallest error amount reflecting an accurate integer cycle.
Subsequently, a solution candidate that cannot be a true solution is excluded by performing a chi-square test on all solution candidates, and only a highly reliable solution candidate is extracted.
Subsequently, suitability tests regarding two-dimensional positions (horizontal planes) are performed on all of the extracted solution candidates, and more reliable solution candidates are further narrowed down as true solutions. As a result, when the number of solution candidates that pass the test is limited to one, this solution candidate is determined as a true solution.
After determining the true solution, an integer cycle is derived from this true solution. From the next epoch, positioning of the moving body is performed using the integer cycle and the observation data.
After deriving an integer cycle, if the integer cycle that should be a constant integer value has changed to a different integer value for some reason, that is, if a cycle slip occurs, the same as described above In this way, it is necessary to derive the integer cycle again.
非特許文献２に開示されているＬＡＭＢＤＡ法では、以下の方法により移動体の位置が求められる。
まず、複数のエポック（約数十秒間にわたるエポック）を採取し、これらエポックの観測データから仮の解を導出する。
続いて、仮の解から求められる確率楕円体を線形写像し、この線形写像内に存在する解を真の解の候補（以下「解候補」という。）とする。これにより、効果的に解候補を抽出することができる。
そして、抽出した解候補のうち、最も仮の解に近いものを真の解として決定する。
真の解を決定した後は、この真の解から整数サイクルを導出する。そして、次のエポックからは、この整数サイクルと観測データとを用いて、移動体の測位を行う。
整数サイクル導出後において、サイクルスリップ（cycle slip）が発生した場合には、上述した同様の手法により、整数サイクルを再度導出することが必要となる。
In the LAMBDA method disclosed in
First, a plurality of epochs (epochs of about several tens of seconds) are collected, and a temporary solution is derived from the observation data of these epochs.
Subsequently, the probability ellipsoid obtained from the provisional solution is linearly mapped, and the solution existing in the linear map is set as a true solution candidate (hereinafter referred to as “solution candidate”). Thereby, a solution candidate can be extracted effectively.
Of the extracted solution candidates, the closest solution to the temporary solution is determined as the true solution.
After determining the true solution, an integer cycle is derived from this true solution. From the next epoch, positioning of the moving body is performed using the integer cycle and the observation data.
When a cycle slip occurs after the integer cycle is derived, it is necessary to derive the integer cycle again by the same method as described above.
しかしながら、上記非特許文献１に開示されたKINGS法による測位では、以下のような問題が生じることとなる。
第１に、整数サイクルの解候補が多数存在するため、真の解を得るまでに時間がかかり、リアルタイム性を確保することが難しい。
第２に、サイクルスリップ発生時は、整数サイクルの情報が失われてしまうため、整数サイクルの導出を再度行わなければならい。そのため、整数サイクル導出までの間、移動体の測位が中断されることとなる。
However, the positioning by the KINGS method disclosed in Non-Patent Document 1 has the following problems.
First, since there are many integer cycle solution candidates, it takes time to obtain a true solution, and it is difficult to ensure real-time properties.
Second, when the cycle slip occurs, the integer cycle information is lost, so that the integer cycle must be derived again. Therefore, the positioning of the moving object is interrupted until the integer cycle is derived.
上記非特許文献２に開示されているLAMBDA法による測位では、以下のような問題が生じる。
第１に、相対航法を利用したＤＧＰＳなどのように、既知の位置に設置された基準局を利用しない。このため、仮の解を精度よく算出するために、数エポック分の観測データを取得しなければならない。従って、観測データ取得のため時間を要するとともに、導出処理が煩雑になる。
第２に、線形写像内に存在する解候補のうち、仮の解に最も近いものを真の解とするため、真の解の精度は、仮の解の精度に大きく影響される。
第３に、サイクルスリップ発生を検知することができないため、サイクルスリップが発生して、測位結果に大きな誤差が含まれていても、判別することができない。
また、サイクルスリップ発生を判別できたとしても、整数サイクルの情報が失われてしまうため、整数サイクルの導出を再度行わなければならない。そのため、整数サイクル導出までの間、移動体の測位が中断されることとなる。
The positioning by the LAMBDA method disclosed in
First, a reference station installed at a known position, such as DGPS using relative navigation, is not used. For this reason, observation data for several epochs must be acquired in order to accurately calculate a provisional solution. Therefore, it takes time to obtain observation data and the derivation process becomes complicated.
Secondly, since the closest solution to the tentative solution among the solution candidates existing in the linear map is a true solution, the accuracy of the true solution is greatly influenced by the accuracy of the tentative solution.
Thirdly, since the occurrence of cycle slip cannot be detected, it cannot be determined even if a cycle slip occurs and the positioning result includes a large error.
Even if the occurrence of the cycle slip can be determined, the information on the integer cycle is lost, and the integer cycle must be derived again. Therefore, the positioning of the moving object is interrupted until the integer cycle is derived.
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、その第１の目的は、整数サイクルの導出を簡便な手法により、且つ、迅速に行うことにより、高精度な測位をリアルタイムで実現する測位方法、測位プログラム、及びＧＰＳ受信装置を提供することである。
本発明の第２の目的は、サイクルスリップが発生しても継続的に測位結果を出力することが可能な衛星を用いた測位方法、測位プログラム、及びＧＰＳ受信装置を提供することである。
The present invention has been made to solve the above problems, and a first object thereof is to realize high-precision positioning in real time by performing derivation of an integer cycle by a simple method and quickly. A positioning method, a positioning program, and a GPS receiver are provided.
A second object of the present invention is to provide a positioning method, a positioning program, and a GPS receiver that use a satellite capable of continuously outputting positioning results even when a cycle slip occurs.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、少なくとも４つの衛星からの観測データに基づいて、移動局の測位を行う衛星を用いた測位方法であって、前記移動局及び既知の位置にある基準局が４つの衛星から受信した観測データに基づいて、整数サイクルを導出する整数サイクル導出過程と、前記整数サイクル導出過程により導出された前記整数サイクルを用いて、次のエポック以降の前記移動体の測位を行う測位過程とを備え、前記整数サイクル導出過程は、前記基準局及び前記移動局が受信した観測データを用いて、前記移動局の位置に関する仮の解を求める過程と、前記仮の解の情報を用いて、真の解が存在する第１の空間領域を求める過程と、前記第１の空間領域を線形写像して第２の空間領域を求め、前記第２の空間領域内に存在する所定の解を真の解となりうる解候補とする過程と、絞り込んだ前記解候補のそれぞれについて、χ二乗検定を行う過程と、前記χ二乗検定の結果、前記解候補が１つに限定された場合に、限定された前記解候補を前記真の解とする過程と、前記真の解から整数サイクルを得る過程とを具備する衛星を用いた測位方法を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The present invention is a positioning method using a satellite that performs positioning of a mobile station based on observation data from at least four satellites, wherein the mobile station and a reference station at a known position received from four satellites. An integer cycle derivation process for deriving an integer cycle based on the data, and a positioning process for positioning the mobile body after the next epoch using the integer cycle derived by the integer cycle derivation process, In the integer cycle derivation process, using the observation data received by the reference station and the mobile station, a process for obtaining a provisional solution regarding the position of the mobile station, and using the information on the provisional solution, a true solution is obtained. The process of obtaining the first spatial area that exists, the second spatial area by linearly mapping the first spatial area, and the predetermined solution existing in the second spatial area being a true solution The process of making a solution candidate, the process of performing a chi-square test on each of the narrowed solution candidates, and the result of the chi-square test results in the limited solution candidates when the solution candidate is limited to one A positioning method using a satellite is provided which includes a process of setting the true solution as a true solution and a process of obtaining an integer cycle from the true solution.
整数サイクル導出過程では、既知の位置にある基準局が４つのＧＰＳ衛星から受信した観測データと、移動局が前記４つのＧＰＳ衛星から受信した観測データとを用いて、移動局の位置に関する仮の解、例えば、仮の位置座標を求める。
このように、位置が既知である基準局の観測データを用いて、移動局の仮の解を求めるので、例えば、電離層遅延ｄiono、対流圏遅延ｄtropなどの誤差を除去した比較的精度の高い仮の解を得ることが可能となる。
In the integer cycle derivation process, a temporary solution for the position of the mobile station is obtained using the observation data received from the four GPS satellites by the reference station at a known position and the observation data received from the four GPS satellites by the mobile station. For example, provisional position coordinates are obtained.
As described above, since the temporary solution of the mobile station is obtained using the observation data of the reference station whose position is known, for example, a relatively high-accuracy temporary solution in which errors such as ionospheric delay d iono and tropospheric delay d trop are removed. It is possible to obtain a solution of
上記仮の解を導出する手法の代表的なものとして、ＤＧＰＳが挙げられる。ＤＧＰＳは、既知の位置に設けられた基準局にて受信された観測データを利用して測位を行うことにより、精度の高い測位計算を実現する手法である。
この場合、予め基準局にて、観測データから誤差を除去するための補正データを導出し、この補正データを基準局から移動局へ送信するようにしても良く、また、基準局が受信した観測データ自体と基準局の正確な位置データを移動局へ送信し、移動局にて、上記補正データの導出と仮の解の導出とを実施するようにしても良い。
A representative method for deriving the provisional solution is DGPS. DGPS is a technique for realizing highly accurate positioning calculation by performing positioning using observation data received by a reference station provided at a known position.
In this case, the correction data for removing the error from the observation data may be derived in advance at the reference station, and the correction data may be transmitted from the reference station to the mobile station. The correct position data of the reference station may be transmitted to the mobile station, and the mobile station may derive the correction data and the tentative solution.
次に、上記仮の解の情報を用いて、真の解が存在する第１の空間領域を求める。言い換えると、正しい整数サイクルが反映された、誤差の極めて少ない解が存在する第１の空間領域を求める。この第１の空間領域は、仮の解を中心とした確率楕円体であり、例えば、仮の解を導出するために用いた観測データの分散・共分散を使用することにより求めることが可能である。 Next, the first spatial region in which the true solution exists is obtained using the provisional solution information. In other words, the first spatial region in which a solution with very little error that reflects a correct integer cycle is obtained is obtained. This first spatial region is a probability ellipsoid centered on the temporary solution, and can be obtained by using, for example, the variance / covariance of the observation data used to derive the temporary solution. is there.
続いて、第１の空間領域と解候補とを線形写像して、第２の空間領域に存在する解候補を抽出する。このように、線形写像を行うことにより、解候補を効果的に抽出することが可能となる。この手法として、例えば、ＬＡＭＢＤＡ法を適用することが可能である。
そして、抽出された解候補のそれぞれについてχ二乗検定を行い、その解候補が真の解となりうるか否かを判定し、真の解となり得ないものを排除する。そして、解候補が１つに限定された場合には、この解候補を真の解とし、この真の解から整数サイクルを導出する。このように、絞り込まれた解候補についてχ二乗検定を行い、唯一の解に限定された場合にのみ、その解候補を真の解として特定するので、真の解の信頼性を高めることが可能となる。
Subsequently, the first spatial region and the solution candidate are linearly mapped, and the solution candidate existing in the second spatial region is extracted. In this way, solution candidates can be extracted effectively by performing linear mapping. As this method, for example, the LAMBDA method can be applied.
Then, a chi-square test is performed on each of the extracted solution candidates to determine whether or not the solution candidate can be a true solution, and those that cannot be a true solution are excluded. When the number of solution candidates is limited to one, this solution candidate is regarded as a true solution, and an integer cycle is derived from this true solution. In this way, the chi-square test is performed on the narrowed solution candidates, and only when the solution is limited to a single solution, the solution candidate is identified as a true solution, so the reliability of the true solution can be improved. It becomes.
本発明の衛星を用いた測位方法において、前記整数サイクル導出過程は、２回以上繰り返して行われ、Ｎ+１回目（Ｎは１以上の整数）に得られた前記整数サイクル及びＮ回目までに得られた前記整数サイクルの差が十分小さい値であった場合に、前記Ｎ+１回目に得られた前記整数サイクルを前記測位過程において使用することが好ましい。 In the positioning method using the satellite of the present invention, the integer cycle derivation process is repeated two or more times, and the integer cycle and the Nth time obtained at the (N + 1) th time (N is an integer of 1 or more). When the difference between the obtained integer cycles is a sufficiently small value, it is preferable to use the integer cycle obtained at the (N + 1) th time in the positioning process.
このように、何回か連続して同様な整数サイクルが得られた場合に、その整数サイクルを測位過程において使用するので、例えば、複数要素の誤差が作用しあった結果、たまたま唯一の整数サイクルが得られることで、間違った整数サイクルを正しい値としてみなしてしまう可能性を排除することが可能となる。これにより、信頼性の高い整数サイクルを得ることが可能となり、測位精度を向上させることができる。 In this way, when a similar integer cycle is obtained several times in succession, the integer cycle is used in the positioning process.For example, as a result of the error of multiple elements, it happens to be the only integer cycle. Is obtained, the possibility that a wrong integer cycle is regarded as a correct value can be eliminated. This makes it possible to obtain a highly reliable integer cycle and improve positioning accuracy.
本発明の衛星を用いた測位方法において、前記測位過程は、少なくとも４つ以上存在する衛星の中からＤＯＰ（Dilution Of Precision）が小さい４つの衛星を選定する過程と、選定した前記４つの衛星からの観測データと、前記整数サイクルとを用いて、前記移動体の測位を行うことが好ましい。 In the positioning method using the satellite of the present invention, the positioning process includes a process of selecting four satellites having a small DOP (Dilution Of Precision) from at least four or more satellites, and the selected four satellites. It is preferable to perform positioning of the mobile body using the observed data and the integer cycle.
少なくとも４つ以上存在する衛星のうち、ＤＯＰが小さい４つの衛星を選定し、選定した４つの衛星の観測データを用いて移動体の測位を行うので、精度の高い測位結果を得ることが可能となる。 Since four satellites with a small DOP are selected from at least four or more satellites and the mobile object is positioned using the observation data of the selected four satellites, it is possible to obtain a highly accurate positioning result. Become.
本発明の衛星を用いた測位方法において、前記測位過程は、前記移動体の測位結果をχ二乗検定する過程と、前記χ二乗検定の結果に応じて、サイクルスリップの有無を判定する過程とを備えることが好ましい。 In the positioning method using the satellite of the present invention, the positioning process includes a process of performing a χ square test on the positioning result of the mobile body, and a process of determining the presence or absence of a cycle slip according to the result of the χ square test. It is preferable to provide.
測位を行う度に、サイクルスリップの検定を行うので、サイクルスリップが発生した場合には、迅速に検知することができる。また、χ二乗検定という簡便な手法によりサイクルスリップを検知することが可能となる。 Since the cycle slip is verified every time positioning is performed, if a cycle slip occurs, it can be quickly detected. In addition, cycle slip can be detected by a simple method called χ square test.
本発明の衛星を用いた測位方法は、前記サイクルスリップが発生していると判定された場合に、少なくともサイクルスリップが発生している前記衛星の整数サイクルを修正する修正過程を備えることが好ましい。
上記修正過程は、例えば、前記観測データを受信した前記４つの衛星とは異なる組み合わせからなる４つの衛星を選定する過程と、新たに選定した前記４つの衛星の観測データと、これら衛星の前記整数サイクルとを用いて、前記移動体の測位を行う過程と、前記測位の結果をχ二乗検定する過程と、前記χ二乗検定の結果に基づいて、サイクルスリップの有無を判定する過程と、サイクルスリップが発生していないと判定された場合に、今回の測位結果を出力する過程とを具備することが好ましい。
The positioning method using the satellite of the present invention preferably includes a correction process for correcting at least an integer cycle of the satellite in which the cycle slip has occurred when it is determined that the cycle slip has occurred.
The correction process includes, for example, a process of selecting four satellites having a different combination from the four satellites that received the observation data, observation data of the newly selected four satellites, and the integer of these satellites. A step of positioning the mobile body using a cycle, a step of performing a chi-square test on the positioning result, a step of determining the presence or absence of a cycle slip based on the result of the chi-square test, and a cycle slip It is preferable that the method includes a step of outputting the current positioning result when it is determined that no occurrence has occurred.
このように、サイクルスリップが生じた場合には、衛星の組合せを変更し、変更後の衛星による測位を試みる。そして、変更後の４つの衛星がいずれもサイクルスリップを起こしていないときには、これらの衛星からの観測データを用いて移動体の測位を行う。これにより、サイクルスリップが発生した後においても、移動体の測位を継続して行うことが可能となる。 Thus, when cycle slip occurs, the combination of satellites is changed, and positioning by the changed satellites is attempted. When none of the four satellites after the change causes a cycle slip, positioning of the moving body is performed using observation data from these satellites. Thereby, even after cycle slip occurs, it is possible to continue positioning of the moving body.
上記記載の衛星を用いた測位方法は、新たに選定した前記４つの衛星がいずれもサイクルスリップを起こしていなかった場合に、新たに選定した前記４つの衛星以外の衛星の整数サイクルを修正する過程と、修正後の整数サイクルを保持する過程とを備えることが好ましい。 The positioning method using the satellite described above is a process of correcting an integer cycle of a satellite other than the newly selected four satellites when none of the four newly selected satellites has caused a cycle slip And a process of maintaining the corrected integer cycle.
このように、新たに選定した４つの衛星以外の衛星については、その整数サイクルを修正し、修正後の整数サイクルを保持しておくので、再度、衛星の組み合わせが変更された場合でも、これらの整数サイクルを用いて移動局の測位を行うことが可能となる。 In this way, for the satellites other than the newly selected four satellites, the integer cycle is corrected and the corrected integer cycle is retained, so even if the combination of the satellites is changed again, these integer cycles are retained. It is possible to perform positioning of the mobile station using an integer cycle.
上記記載の衛星を用いた測位方法は、新たに選定した前記４つの衛星についてもサイクルスリップが発生していると判定された場合に、予め決められた所定の条件に達するまで、衛星の組合せを変更する過程と、変更した各衛星の組み合わせについて、サイクルスリップの発生の有無を判定する過程とを具備し、前記判定の結果、サイクルスリップが発生しない衛星の組み合わせが存在しなかった場合に、前記整数サイクル導出過程により、整数サイクルの導出を行うことが好ましい。 In the positioning method using the satellite described above, when it is determined that a cycle slip has occurred for the four newly selected satellites, the combination of the satellites is determined until a predetermined condition is reached. A process of changing and a step of determining whether or not cycle slip has occurred for each changed combination of satellites, and as a result of the determination, if there is no combination of satellites that does not generate cycle slip, It is preferable to derive the integer cycle by the integer cycle deriving process.
予め決められた所定の条件に達するまで、衛星の組合せを変更し、変更した各組合せについてサイクルスリップが発生しているか否かを判定するので、サイクルスリップが発生しない組合せを見つけられた場合には、その組み合わせによる衛星からの観測データなどを用いて、移動体の測位を引き続き行うことが可能となる。
そして、いずれの組み合わせによってもサイクルスリップの発生が検知された場合には、整数サイクル導出過程により、整数サイクルの導出が再度行われることとなる。
「予め決められた所定の条件」については、例えば、サイクルスリップの発生が検知されてからの期間、衛星の組合せを変更する回数、組み合わせた衛星のDOPの許容最大値などを適切な値に設定することが可能である。
The satellite combination is changed until a predetermined condition determined in advance is reached, and it is determined whether or not a cycle slip has occurred for each changed combination. Then, it becomes possible to continue positioning of the moving object using the observation data from the satellite by the combination.
When occurrence of cycle slip is detected by any combination, the integer cycle is derived again by the integer cycle deriving process.
For “predetermined predetermined conditions”, for example, the period after the occurrence of a cycle slip is detected, the number of satellite combination changes, the maximum allowable DOP of the combined satellites, etc. are set to appropriate values. Is possible.
本発明は、少なくとも４つの衛星からの観測データに基づく移動局の測位をコンピュータシステムに実行させるための測位プログラムであって、前記移動局及び既知の位置にある基準局が４つの衛星から受信した観測データに基づいて、整数サイクルを導出する整数サイクル導出処理と、前記整数サイクル導出過程により導出された前記整数サイクルを用いて、次のエポック以降の前記移動体の測位を行う測位処理とを備え、前記整数サイクル導出処理は、前記基準局及び前記移動局が受信した観測データを用いて、前記移動局の位置に関する仮の解を求めるステップと、前記仮の解の情報を用いて、真の解が存在する第１の空間領域を求めるステップと、前記第１の空間領域を線形写像して第２の空間領域を求め、前記第２の空間領域内に存在する所定の解を真の解となりうる解候補とするステップと、前記解候補のそれぞれについて、χ二乗検定を行うステップと、前記χ二乗検定の結果、前記解候補が１つに限定された場合に、限定された前記解候補を前記真の解とするステップと、前記真の解から整数サイクルを得るステップとを具備する測位プログラムを提供する。 The present invention is a positioning program for causing a computer system to perform positioning of a mobile station based on observation data from at least four satellites, the observation received by the mobile station and a reference station at a known position from four satellites. An integer cycle deriving process for deriving an integer cycle based on the data, and a positioning process for performing positioning of the moving body after the next epoch using the integer cycle derived by the integer cycle deriving process, In the integer cycle derivation process, using the observation data received by the reference station and the mobile station, obtaining a temporary solution regarding the position of the mobile station, and using the information of the temporary solution, a true solution is obtained. Determining a first spatial region that is present; linearly mapping the first spatial region to determine a second spatial region; and within the second spatial region A step of making a predetermined solution that can be a true solution, a step of performing a chi-square test on each of the solution candidates, and a result of the chi-square test, the solution candidate is limited to one In some cases, a positioning program is provided which includes the steps of setting the limited solution candidates as the true solutions and obtaining an integer cycle from the true solutions.
本発明は、少なくとも４つの衛星から送信された衛星信号を使用して移動局の位置を計測するＧＰＳに使用され、前記移動局に搭載されるＧＰＳ受信装置であって、前記衛星から送信された衛星信号を受信するＧＰＳアンテナと、既知の位置にある基準局における観測データ又は前記観測データから導出される補正データを受信する地上アンテナと、前記ＧＰＳアンテナ及び前記地上アンテナにて受信された情報に基づいて、整数サイクルを導出するとともに、導出した前記整数サイクルを用いて、次のエポック以降の測位を行う処理部とを備え、前記処理部は、前記ＧＰＳアンテナ及び前記地上アンテナにて受信された情報を用いて、移動局の位置に関する仮の解を求める処理と、前記仮の解の情報を用いて、真の解が存在する第１の空間領域を求める処理と、前記第１の空間領域を線形写像して第２の空間領域を求め、前記第２の空間領域内に存在する所定の解を真の解となりうる解候補とする処理と、絞り込んだ前記解候補のそれぞれについて、χ二乗検定を行う処理と、前記χ二乗検定の結果、前記解候補が１つに限定された場合に、限定された前記解候補を前記真の解とする処理と、前記真の解から整数サイクルを得る処理とを実行するＧＰＳ受信装置を提供する。 The present invention is a GPS receiver that is used in a GPS that measures the position of a mobile station using satellite signals transmitted from at least four satellites, and is mounted on the mobile station, and is transmitted from the satellite Based on a GPS antenna that receives satellite signals, a ground antenna that receives observation data at a reference station at a known position or correction data derived from the observation data, and information received by the GPS antenna and the ground antenna A processing unit for deriving an integer cycle and performing positioning after the next epoch using the derived integer cycle, the processing unit receiving information received by the GPS antenna and the ground antenna A first space in which a true solution exists using a process for obtaining a temporary solution related to the position of the mobile station using the information of the temporary solution Processing for obtaining a region, processing for linearly mapping the first spatial region to obtain a second spatial region, and making a predetermined solution existing in the second spatial region a solution candidate that can be a true solution; Then, for each of the narrowed solution candidates, when the result of the chi-square test is that the number of solution candidates is limited to one, the limited solution candidate is determined as the true solution. There is provided a GPS receiving apparatus that executes a process for obtaining an integer cycle from the true solution.
本発明の衛星を用いた測位方法によれば、整数サイクルの導出を簡便な手法により、且つ、迅速に行うので、高精度な測位をリアルタイムで実現することができるという効果を奏する。
また、サイクルスリップに対する耐性をもつので、サイクルスリップが発生しても継続的に測位結果を出力することができるという効果を奏する。
According to the positioning method using the satellite of the present invention, since the derivation of the integer cycle is performed quickly by a simple method, there is an effect that highly accurate positioning can be realized in real time.
Moreover, since it has the tolerance with respect to a cycle slip, even if a cycle slip generate | occur | produces, there exists an effect that a positioning result can be output continuously.
以下に、本発明にかかる衛星を用いた測位方法を適用した測位システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る測位システムの全体構成を模式的に示した図である。
An embodiment of a positioning system to which a positioning method using a satellite according to the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of a positioning system according to an embodiment of the present invention.
図１に示すように、本実施形態に係る測位システムは、少なくとも４個の衛星１０Ａから１０Ｆと、既知の位置にある基準局２と、測位対象である移動局３と、基準局２から送信された所定の情報を移動局３へ送信するための送信機４とを主な構成として備えている。
衛星１０Ａから１０Ｆは、例えば、地球の周りを飛んでいる２４個のＧＰＳ衛星のうちの一部である。ここでは、基準局２及び移動局３が捕捉可能な衛星として、衛星１０Ａから１０Ｆの６つの衛星を例として図示している。
基準局２は、例えば、図２に示されるように、衛星１０Ａなどから送信される衛星信号を受信するＧＰＳアンテナ６１と、ＧＰＳアンテナ６１で受信した衛星信号を処理する処理部６２とを備えるＧＰＳ受信装置６を備えている。
移動局３は、例えば、図２に示されるように、ＧＰＳアンテナ７１と、ＧＰＳアンテナ７１により受信した衛星信号を処理する処理部７２とを備えるＧＰＳ受信装置７を備えている。
上記処理部６２、７２は、アナログ信号処理部６３、７３、デジタル信号処理部６４、７４、及び制御部６５、７５をそれぞれ備えている。
アナログ信号処理部６３、７３は、ＧＰＳアンテナ６１、７１で受信された電波を周波数変換して増幅し、出力する。
デジタル信号処理部６４、７４は、アナログ信号処理部６３、７３の出力信号に含まれている搬送波信号、Ｃ／Ａコード、及び航法データをそれぞれ分離し、これらをデジタル化して観測データを生成し、この観測データを制御部６５、７５に送出する。
制御部６５、７５は、デジタル信号処理部６４、７４を制御するとともに、デジタル信号処理部６４、７４からの観測データを処理し、測位等を行う。
この制御部６５、７５は、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＯＭ（Read
Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等からなるマイクロコンピュータを備えている。
特に、移動局に搭載されるＧＰＳ受信装置７の制御部７５のＲＯＭには、測位を行う際に実行される後述の測位プログラムが格納されている。測位を開始する場合には、制御部７５のＣＰＵが、ＲＯＭに格納されている測位プログラムをＲＡＭに読み出し、この測位プログラムの手順に従って処理を実行することにより、移動局の測位を行う。
As shown in FIG. 1, the positioning system according to this embodiment is transmitted from at least four
For example, as shown in FIG. 2, the
For example, as shown in FIG. 2, the
The processing units 62 and 72 include analog
The analog
The digital
The
The
A microcomputer comprising only memory (RAM) and random access memory (RAM) is provided.
In particular, the ROM of the
このような構成において、移動体の測位は、以下のような手順で行われる。
まず、基準局のＧＰＳ受信装置６及び移動局のＧＰＳ受信装置７は、６個の衛星１０Ａ〜１０Ｆ（図１参照）の中から測位に用いる４つの衛星の組合せを所定の条件に基づいて決定する。例えば、ＤＯＰの小さい順に４つの衛星を選定（以下、選定した４つの衛星を「主衛星」という。また、「主衛星」に選定されなかった衛星を「副衛星」という。）する。本実施形態では、例えば、衛星１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄが主衛星に選定されたとする。また、この場合、衛星１０Ｅ、１０Ｆが副衛星となる。
基準局の制御部６５は、主衛星１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ（図１参照）の観測データに基づき、基準局の測位を行う。そして、この測位結果と、既知である基準局の位置座標とを比較することにより、観測データに含まれている誤差を求め、この誤差を観測データから除去するための補正データを生成する。
例えば、この補正データにより、電離層遅延ｄiono、対流圏遅延ｄtropなどを観測データから除去することが可能となる。
基準局は、この補正データを移動局に対して送信する。
基準局から送信された補正データは、送信機４を介して移動局へ送信され、移動局が搭載しているＧＰＳ受信装置７の図示しない地上アンテナにて受信される。移動局のＧＰＳ受信装置７は、この補正データを制御部７５の内部記憶装置に格納し、保持する。
In such a configuration, positioning of the moving body is performed in the following procedure.
First, the GPS receiver 6 of the reference station and the GPS receiver 7 of the mobile station determine a combination of four satellites used for positioning from among the six
The
For example, this correction data makes it possible to remove ionospheric delay d iono , tropospheric delay d trop, etc. from the observation data.
The reference station transmits this correction data to the mobile station.
The correction data transmitted from the reference station is transmitted to the mobile station via the transmitter 4 and received by a ground antenna (not shown) of the GPS receiver 7 mounted on the mobile station. The GPS receiver 7 of the mobile station stores this correction data in the internal storage device of the
次に、移動局は、上記補正データと、主衛星１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ（図１参照）の観測データとを用いて、測位を行う。これは、ＧＰＳ受信装置７内の制御部７５が測位プログラムを実行することにより実現される。
ここで、本実施形態に係る測位プログラムは、観測データに未知の整数として含まれている整数サイクルを算出するための整数サイクル導出処理と、整数サイクル導出処理により、整数サイクルが決定された後に実行される測位処理とから構成されている。
移動局のＧＰＳ受信装置７の制御部７５は、まず、整数サイクル導出処理を実行し、整数サイクルの決定を行う。
Next, the mobile station performs positioning using the correction data and the observation data of the
Here, the positioning program according to the present embodiment is executed after the integer cycle is determined by the integer cycle derivation process for calculating the integer cycle included in the observation data as an unknown integer and the integer cycle derivation process. And positioning processing to be performed.
The
以下、測位プログラムの実行手順について、図３を参照しながら詳しく説明する。
まず、整数サイクル導出処理では、主衛星１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ（図１参照）の観測データと、基準局からの補正データとに基づいて、移動局の測位、ここでは、移動局の仮の位置座標（以下「仮の解」という。）を算出する（ステップＳＡ１）。
次に、上記仮の解の情報を用いて、真の解が存在する第１の空間領域を求める（ステップＳＡ２）。
上記第１の空間領域は、例えば、仮の解を導出した観測データの分散共分散により仮の解の確率楕円体として求めることが可能である。
なお、上述したステップＳＡ１の処理は、公知であるＤＧＰＳと同様の手法により、実現することが可能である。また、ＳＡ２の処理は、公知であるＫＧＰＳと同様の手法により、実現することが可能である。
Hereinafter, the execution procedure of the positioning program will be described in detail with reference to FIG.
First, in the integer cycle derivation process, based on the observation data of the
Next, a first spatial region in which a true solution exists is obtained using the provisional solution information (step SA2).
The first spatial region can be obtained as a probability ellipsoid of the temporary solution by, for example, the variance covariance of the observation data from which the temporary solution is derived.
Note that the processing in step SA1 described above can be realized by a method similar to the known DGPS. Further, the SA2 process can be realized by a method similar to the known KGPS.
続いて、第１の空間領域を線形写像して第２の空間領域を求め、この第２の空間領域内に存在する所定の解を「真の解」となりうる解候補とする（ステップＳＡ３）。ここで、真の解とは、正しい整数サイクルが反映された、誤差の極めて少ない解である。
このように、第１の空間領域を線形写像することにより、解候補を効果的に抽出することが可能となる。この手法として、例えば、ＬＡＭＢＤＡ法を適用することが可能である。
次に、ステップＳＡ３にて抽出された各解候補について、χ二乗検定を行う（ステップＳＡ４）。
例えば、ステップＳＡ３において、ＬＡＭＢＤＡ法により、解候補の抽出を行った場合、抽出された解候補は、位置として表現されていることとなる。一方、ステップＳＡ２において導出した分散共分散を使用したχ二乗検定を行う場合、その対象となる解候補は、距離（搬送波位相＋整数サイクル）で表現されていなければならない。従って、ＬＡＭＤＡ法の適用により、ステップＳＡ３による解候補の抽出を行った場合には、位置で表現された解候補を一旦、距離の表現に戻した後に、距離により表現された各解候補について、χ二乗検定を実施する。
Subsequently, a first spatial region is linearly mapped to obtain a second spatial region, and a predetermined solution existing in the second spatial region is set as a solution candidate that can be a “true solution” (step SA3). . Here, the true solution is a solution with very few errors reflecting a correct integer cycle.
In this way, solution candidates can be effectively extracted by linearly mapping the first spatial region. As this method, for example, the LAMBDA method can be applied.
Next, a chi-square test is performed for each solution candidate extracted in step SA3 (step SA4).
For example, when solution candidates are extracted by the LAMBDA method in step SA3, the extracted solution candidates are expressed as positions. On the other hand, when the chi-square test using the variance-covariance derived in step SA2 is performed, the target solution candidate must be expressed by a distance (carrier phase + integer cycle). Therefore, when solution candidates are extracted in step SA3 by applying the LAMDA method, the solution candidates expressed by the position are once returned to the expression of the distance, and then each solution candidate expressed by the distance is Perform a chi-square test.
続いて、χ二乗検定の結果、解候補が１つに限定されているか否かを判断する（ステップＳＡ５）。この結果、解候補が１つに限定されなかった場合には、「NO」となり、ステップＳＡ１に戻り、次のエポックについて、同様の処理を実行し、１つの解が得られるまで、ステップＳＡ１からステップＳＡ５までを繰り返す。
そして、ステップＳＡ５において、解候補が１つに限定された場合には（ステップＳＡ５において「YES」）、この解候補を真の解として決定し（ステップＳＡ６）、この真の解から整数サイクルを導出する（ステップＳＡ７）。
続いて、今回得られた整数サイクル及び前回までに得られた整数サイクルの差が十分小さい値であるか否かを判断する。例えば、今回得られた整数サイクルと前回得られた整数サイクルとの差が十分小さく、ほぼ同じであるか否かを判断する（ステップＳＡ８）。ここで、今回は当該ルーチンの１ループ目であり、前回の整数サイクルが保持されていない。従って、ステップＳＡ８において「NO」となり、今回の整数サイクルを保持した後（ステップＳＡ９）、ステップＳＡ１に戻り、次のエポックについて、同様の処理を行う。
Subsequently, as a result of the chi-square test, it is determined whether or not the number of solution candidates is limited to one (step SA5). As a result, if the number of solution candidates is not limited to one, “NO” is returned, the process returns to step SA1, and the same processing is executed for the next epoch until one solution is obtained. Repeat until step SA5.
In step SA5, when the number of solution candidates is limited to one (“YES” in step SA5), this solution candidate is determined as a true solution (step SA6), and an integer cycle is determined from this true solution. Derived (step SA7).
Subsequently, it is determined whether or not the difference between the integer cycle obtained this time and the integer cycle obtained up to the previous time is a sufficiently small value. For example, it is determined whether or not the difference between the integer cycle obtained this time and the integer cycle obtained last time is sufficiently small and substantially the same (step SA8). Here, this time is the first loop of the routine, and the previous integer cycle is not held. Accordingly, “NO” is determined in the step SA8, and after the current integer cycle is held (step SA9), the process returns to the step SA1 to perform the same processing for the next epoch.
このようにして、次以降のエポックにおいて、同様に整数サイクルが導出され（ステップＳＡ７）、ステップＳＡ８について、今回の整数サイクルと前回の整数サイクルとの差が十分小さく、ほぼ同じであると判断された場合には（ステップＳＡ８において「YES」）、今回の整数サイクルを後述の測位処理において使用する整数サイクルとして決定し（ステップＳＡ１０）、当該整数サイクル導出処理を終了する。 In this way, in the subsequent and subsequent epochs, integer cycles are similarly derived (step SA7), and regarding step SA8, it is determined that the difference between the current integer cycle and the previous integer cycle is sufficiently small and substantially the same. If this is the case (“YES” in step SA8), the current integer cycle is determined as an integer cycle to be used in the positioning process described later (step SA10), and the integer cycle derivation process is terminated.
以上のように、本実施形態に係る整数サイクル導出処理によれば、既知の位置にある基準局と移動局とが受信した観測データに基づいて仮の解を求めるので、非常に簡便な手法により、信頼性の高い仮の解を導出することが可能となる。
また、第１の空間領域だけでなく、第１の空間領域を線形写像させた第２の空間領域を用いることにより、非常に効果的に解候補を抽出することが可能となる。
更に、抽出された解候補についてχ二乗検定を行い、唯一の解に限定された場合にのみ、その解候補を真の解として特定するので、真の解の信頼性を高めることができる。
As described above, according to the integer cycle derivation process according to the present embodiment, a temporary solution is obtained based on observation data received by a reference station and a mobile station at a known position. It becomes possible to derive a temporary solution with high reliability.
Further, not only the first spatial region but also the second spatial region obtained by linearly mapping the first spatial region can be used to extract solution candidates very effectively.
Furthermore, the chi-square test is performed on the extracted solution candidates, and only when the solution candidates are limited to a single solution, the solution candidates are specified as the true solution, so that the reliability of the true solution can be improved.
次に、上述した整数サイクル導出処理を実行することにより、整数サイクルが決定されると、以降のエポックにおいては、決定された整数サイクルを用いて移動体の測位が実施される。
この移動体の測位は、移動体が備えるＧＰＳ受信装置７の制御部７５が測位プログラムの測位処理を実行することにより実現される。
以下、測位処理について図４を参照して詳しく説明する。
まず、主衛星１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ（図１参照）からの観測データと、整数サイクルとに基づいて、測位計算を行う（ステップＳＢ１）。
次に、ステップＳＢ１にて得られた測位結果を用いて、主衛星１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄにサイクルスリップが発生しているか否かを判定する（ステップＳＢ２）。このサイクルスリップの判定は、ステップＳＢ１で得られた測位結果を、距離の表現にて副衛星１０Ｅ、１０Ｆについてχ二乗検定を実施し、この検定結果が不合格（例えば、観測残差から導出されるχ二乗値が所定のχ二乗分布のパーセント点より大きい値）であれば、サイクルスリップが発生していると判定する。
ステップＳＢ２において、サイクルスリップが発生していないと判断した場合には、ステップＳＢ１で得られた測位結果を移動局の現在位置として出力し（ステップＳＢ３）、当該エポックにおける測位処理を終了する。
そして、次のエポックにおいても、当該測位処理を行うことにより、継続的に移動局の測位を行う。
Next, when an integer cycle is determined by executing the above-described integer cycle derivation process, positioning of the moving body is performed using the determined integer cycle in subsequent epochs.
This positioning of the moving body is realized by the
Hereinafter, the positioning process will be described in detail with reference to FIG.
First, positioning calculation is performed based on observation data from the
Next, using the positioning result obtained in step SB1, it is determined whether or not a cycle slip has occurred in the
If it is determined in step SB2 that no cycle slip has occurred, the positioning result obtained in step SB1 is output as the current position of the mobile station (step SB3), and the positioning process in the epoch is terminated.
In the next epoch, the positioning of the mobile station is continuously performed by performing the positioning process.
一方、ステップＳＢ２において、サイクルスリップが発生していると判断した場合には、サイクルスリップ修正処理を実行する（ステップＳＢ４）。
具体的には、図５に示すように、まず、測位計算に使用していた主衛星１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄと異なる組み合わせの４つの衛星を選定する（ステップＳＣ１）。例えば、本実施形態では、図１に示すように、主衛星として使用していた衛星１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ以外に、捕捉可能な衛星として１０Ｅと１０Ｆが存在する。
従って、まず、今まで主衛星として使用していた１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄのいずれかを１０Ｅと変更した組み合わせ、例えば、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅの４つを新たな主衛星として選定し、この選定した４つの衛星１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅからの観測データと、上述の整数サイクル導出処理にて得られた各衛星の整数サイクルとを用いて、測位計算を行う（ステップＳＣ２）。ここで、上記整数サイクル導出処理（図３参照）では、主衛星として選定した衛星１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ以外の衛星である１０Ｅ、１０Ｆについても、「真の解」に基づいて整数サイクルを導出、決定しており（図３のステップＳＡ６からステップＳＡ１０参照）、これらの整数サイクルを制御部７５の内部記憶装置に保持している。これにより、今回のように、主衛星の組み合わせが変更された場合にも、迅速に対応できるように構成されている。
On the other hand, if it is determined in step SB2 that a cycle slip has occurred, a cycle slip correction process is executed (step SB4).
Specifically, as shown in FIG. 5, first, four satellites having a different combination from the
Therefore, first, the combination of 10A, 10B, 10C, and 10D, which has been used as the main satellite until now, is changed to 10E, for example, 10B, 10C, 10D, and 10E are selected as the new main satellites. Then, positioning calculation is performed using the observation data from the selected four
続いて、ステップＳＣ１における測位結果をχ二乗検定し、サイクルスリップが発生しているか否かを判断する（ステップＳＣ３）。
この結果、サイクルスリップが発生していないと判定された場合には（ステップＳＣ３において「NO」）、今回の測位に使用された４つの衛星以外の衛星、つまり衛星１０Ａと１０Ｆの整数サイクルを算出する（ステップＳＣ４）。この整数サイクルは、今回の測位結果、つまりステップＳＣ２において得た測位結果と、各衛星１０Ａ、１０Ｆの観測データとに基づいて、それぞれ得ることが可能である。
続いて、ステップＳＣ２で得られた測位結果を今回のエポックの測位結果として出力し（ステップＳＣ５）、当該修正処理を終了する。そして、次エポックにおいては、ステップＳＣ１にて選定した衛星、つまり１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅからの観測データとそれぞれの整数サイクルとに基づいて、図４に示した測位処理を継続して行う。
Subsequently, the positioning result in step SC1 is subjected to chi-square test to determine whether or not a cycle slip has occurred (step SC3).
As a result, if it is determined that no cycle slip has occurred ("NO" in step SC3), the satellites other than the four satellites used for the current positioning, that is, the integer cycles of the
Subsequently, the positioning result obtained in step SC2 is output as the positioning result of the current epoch (step SC5), and the correction process is terminated. In the next epoch, the positioning process shown in FIG. 4 is continuously performed based on the observation data from the satellites selected in step SC1, that is, the observation data from 10B, 10C, 10D, and 10E, and the respective integer cycles.
一方、図５に示したサイクルスリップ修正処理のステップＳＣ３において、ステップＳＣ１にて選定した組み合わせによる主衛星によってもサイクルスリップが発生していると判定された場合には（ステップＳＣ３において「YES」）、今までの組み合わせと異なる主衛星の組み合わせが存在するか否かを判断する（ステップＳＣ６）。
この結果、今までと異なる組み合わせが存在するので（ステップＳＣ６において「YES」）、ステップＳＣ１に戻り、今までの組み合わせと異なる新たな主衛星の組合せを選定する（例えば、衛星１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆの組み合わせなど）。
このようにして、サイクルスリップが発生していない主衛星の組み合わせがみつかるまで、ステップＳＣ１からＳＣ３の処理を繰り返し行い、サイクルスリップが発生していない組み合わせが見つかれば、上述したステップＳＣ４以降の処理を実行することで、継続的に移動局の測位を行う。
On the other hand, if it is determined in step SC3 of the cycle slip correction process shown in FIG. 5 that a cycle slip has also occurred due to the primary satellite of the combination selected in step SC1 (“YES” in step SC3). Then, it is determined whether or not there is a combination of main satellites different from the combination so far (step SC6).
As a result, since there is a different combination ("YES" in step SC6), the process returns to step SC1, and a new main satellite combination different from the previous combination is selected (for example,
In this way, the processes in steps SC1 to SC3 are repeated until a combination of main satellites in which no cycle slip has occurred is found. If a combination in which cycle slip has not occurred is found, the processes in and after step SC4 described above are performed. By executing, positioning of the mobile station is performed continuously.
一方、全ての組み合わせにおいて、サイクルスリップの発生が検知された場合には（ステップＳＣ６において「NO」）、整数サイクルの修正は不可能であると判断し（ステップＳＣ７）、当該サイクルスリップ修正処理を終了する。
そして、正しい整数サイクルを導出すべく、図３に示した整数サイクル導出処理を再度実行する。
On the other hand, when occurrence of cycle slip is detected in all combinations (“NO” in step SC6), it is determined that the integer cycle cannot be corrected (step SC7), and the cycle slip correction process is performed. finish.
Then, in order to derive a correct integer cycle, the integer cycle derivation process shown in FIG. 3 is executed again.
以上述べてきたように、本実施形態に係る測位処理及びサイクルスリップ修正処理によれば、サイクルスリップが生じた場合に、主衛星の組合せを変更し、変更後の主衛星による測位を試みる。そして、変更後の主衛星の組み合わせにおいて、サイクルスリップが検知されなかった場合には、これらの衛星による測位を行うこととするので、サイクルスリップが発生しても、連続的に測位を行うことが可能となる。
また、サイクルスリップが発生しない主衛星の組合せを見つけた場合には、その組み合わせからなる主衛星の観測データを用いて得られた測位結果を用いて、上記主衛星以外の衛星の整数サイクルを修正するので、次回、主衛星の変更が行われた場合にも、迅速に対応することが可能となる。
As described above, according to the positioning process and the cycle slip correction process according to the present embodiment, when a cycle slip occurs, the combination of the main satellites is changed, and positioning by the changed main satellite is attempted. And, if cycle slip is not detected in the combination of the changed main satellites, positioning by these satellites is performed, so even if cycle slip occurs, positioning can be performed continuously. It becomes possible.
In addition, when a combination of primary satellites that does not cause cycle slips is found, the integer cycle of satellites other than the primary satellites is corrected using the positioning results obtained from the observation data of the primary satellites consisting of those combinations. Therefore, it is possible to quickly cope with the next change of the main satellite.
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、図５に示したサイクルスリップ修正処理において、サイクルスリップが発生していない主衛星の組み合わせが見つかるまで、主衛星の組合せを変更していたが、この例に限定されず、「予め決められた所定の条件」に達するまで、主衛星の変更を行うようにしても良い。
例えば、予め主衛星の選定変更の回数の上限（例えば、５回など）を決めておき、主衛星の選定を５回行った結果、サイクルスリップが発生していない組み合わせを見つけられなかった場合には、それ以降の組み合わせの変更を断念して、当該サイクルスリップ修正処理を終了するようにしても良い。また、回数でなく、サイクルスリップ修正処理の開始から終了までの時間を決めておき、所定の時間内にサイクルスリップの修正が不可能であった場合には、当該処理を終了して、再度整数サイクルの導出処理を実行するようにしても良い。
As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the specific structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.
For example, in the cycle slip correction processing shown in FIG. 5, the combination of the main satellites is changed until a combination of the main satellites in which no cycle slip has occurred is found, but the present invention is not limited to this example. The main satellite may be changed until the “predetermined condition” is reached.
For example, when the upper limit (for example, 5 times) of the number of changes in the selection of the main satellite is determined in advance and the selection of the main satellite is performed five times, a combination in which no cycle slip has occurred cannot be found. May abandon the subsequent combination change and end the cycle slip correction process. Also, instead of the number of times, the time from the start to the end of the cycle slip correction process is determined, and if the cycle slip cannot be corrected within a predetermined time, the process is ended and an integer is again set. A cycle derivation process may be executed.
また、図５に示したサイクルスリップ修正処理において、ステップＳＣ３で、サイクルスリップが発生していない組み合わせが見つかったことにより、ステップＳＣ４でサイクルスリップを発生した衛星の整数サイクルを導出することができた場合には、全ての衛星１０Ａ〜１０Ｆについて整数サイクルを有している状態になるので、次エポックからの測位計算においては、衛星１０Ａ〜１０Ｆのうち、ＤＯＰが小さい４つの衛星を選定しなおし、新たに選定した４つの衛星を用いて、移動局の測位を行うようにしても良い。
In addition, in the cycle slip correction process shown in FIG. 5, an integer cycle of the satellite in which the cycle slip occurred in step SC4 could be derived by finding a combination in which the cycle slip did not occur in step SC3. In this case, since all the
２ 基準局
３ 移動局
４ 送信機
５ 受信機
１０Ａ〜１０Ｆ 衛星
６、７ ＧＰＳ受信装置
６１、７１ ＧＰＳアンテナ
６２、７２ 処理部
６３、７３ アナログ信号処理部
６４、７４ デジタル信号処理部
６５、７５ 制御部
2
Claims (9)
前記移動局及び既知の位置にある基準局が４つの衛星から受信した観測データに基づいて、前記観測データに含まれる整数サイクルを導出する整数サイクル導出過程と、
前記整数サイクル導出過程により導出された前記整数サイクルを用いて、次のエポック以降の前記移動体の測位を行う測位過程と
を備え、
前記整数サイクル導出過程は、
前記基準局及び前記移動局が受信した観測データを用いて、前記移動局の位置に関する仮の解を求める過程と、
前記仮の解の情報を用いて、真の解が存在する第１の空間領域を求める過程と、
前記第１の空間領域を線形写像して第２の空間領域を求め、前記第２の空間領域内に存在する所定の解を真の解となりうる解候補とする過程と、
前記解候補のそれぞれについて、χ二乗検定を行う過程と、
前記χ二乗検定の結果、前記解候補が１つに限定された場合に、限定された前記解候補を前記真の解とする過程と、
前記真の解から整数サイクルを得る過程と
を具備する衛星を用いた測位方法。 A positioning method using a satellite for positioning a mobile station based on observation data from at least four satellites,
An integer cycle deriving process for deriving an integer cycle included in the observation data based on observation data received from four satellites by the mobile station and a reference station in a known position;
Using the integer cycle derived by the integer cycle derivation process, and positioning the mobile body after the next epoch, and
The integer cycle derivation process is:
Using the observation data received by the reference station and the mobile station, obtaining a temporary solution regarding the position of the mobile station;
Using the provisional solution information to determine a first spatial region in which a true solution exists;
Obtaining a second spatial region by linearly mapping the first spatial region, and setting a predetermined solution existing in the second spatial region as a solution candidate that can be a true solution;
Performing a chi-square test for each of the solution candidates;
As a result of the chi-square test, when the number of solution candidates is limited to one, the step of setting the limited solution candidates as the true solutions;
A method of positioning using a satellite comprising: obtaining an integer cycle from the true solution.
少なくとも４つ以上存在する衛星の中からＤＯＰが最も小さい４つの衛星を選定する過程と、
選定した前記４つの衛星からの観測データと、前記整数サイクルとを用いて、前記移動体の測位を行う請求項１又は請求項２に記載の衛星を用いた測位方法。 The positioning process is as follows:
Selecting four satellites having the smallest DOP from at least four or more satellites;
The positioning method using the satellite according to claim 1 or 2, wherein positioning of the moving body is performed using observation data from the selected four satellites and the integer cycle.
前記移動体の測位結果をχ二乗検定する過程と、
前記χ二乗検定の結果に応じて、サイクルスリップの有無を判定する過程と
を備える請求項１から請求項３のいずれかの項に記載の衛星を用いた測位方法。 The positioning process is as follows:
A process of performing a chi-square test on the positioning result of the mobile body;
The positioning method using the satellite according to any one of claims 1 to 3, further comprising: determining whether or not there is a cycle slip according to a result of the chi-square test.
前記修正過程は、
前記観測データを受信した前記４つの衛星とは異なる組み合わせからなる４つの衛星を選定する過程と、
新たに選定した前記４つの衛星の観測データと、これら衛星の前記整数サイクルとを用いて、前記移動体の測位を行う過程と、
前記測位の結果をχ二乗検定する過程と、
前記χ二乗検定の結果に基づいて、サイクルスリップの有無を判定する過程と、
サイクルスリップが発生していないと判定された場合に、今回の測位結果を出力する過程と
を具備する請求項４に記載の衛星を用いた測位方法。 When it is determined that the cycle slip has occurred, at least a correction process for correcting an integer cycle of the satellite in which the cycle slip has occurred is provided.
The modification process includes:
Selecting four satellites having a different combination from the four satellites that received the observation data;
Using the observation data of the four newly selected satellites and the integer cycle of these satellites, the process of positioning the mobile body,
A process of performing a chi-square test on the positioning result;
A process of determining the presence or absence of a cycle slip based on the result of the chi-square test;
The positioning method using the satellite according to claim 4, further comprising: a step of outputting a current positioning result when it is determined that no cycle slip has occurred.
修正後の整数サイクルを保持する過程と
を備える請求項５に記載の衛星を用いた測位方法。 A process of correcting an integer cycle of satellites other than the newly selected four satellites when none of the four newly selected satellites has caused a cycle slip;
The positioning method using the satellite according to claim 5, further comprising: a step of holding the corrected integer cycle.
変更した各衛星の組み合わせについて、サイクルスリップの発生の有無を判定する過程とを備え、
前記判定の結果、サイクルスリップが発生しない衛星の組み合わせが存在しなかった場合に、前記整数サイクル導出過程により、整数サイクルの導出を行う請求項５又は請求項６に記載の衛星を用いた測位方法。 A process of changing the combination of the satellites until a predetermined condition is reached when it is determined that a cycle slip has occurred for the four newly selected satellites;
A process for determining the occurrence of cycle slip for each changed combination of satellites,
The positioning method using the satellite according to claim 5 or 6, wherein, as a result of the determination, when there is no combination of satellites in which cycle slip does not occur, the integer cycle is derived by the integer cycle deriving process. .
前記移動局及び既知の位置にある基準局が４つの衛星から受信した観測データに基づいて、整数サイクルを導出する整数サイクル導出処理と、
前記整数サイクル導出過程により導出された前記整数サイクルを用いて、次のエポック以降の前記移動体の測位を行う測位処理と
を備え、
前記整数サイクル導出処理は、
前記基準局及び前記移動局が受信した観測データを用いて、前記移動局の位置に関する仮の解を求めるステップと、
前記仮の解の情報を用いて、真の解が存在する第１の空間領域を求めるステップと、
前記第１の空間領域を線形写像して第２の空間領域を求め、前記第２の空間領域内に存在する所定の解を真の解となりうる解候補とするステップと、
前記解候補のそれぞれについて、χ二乗検定を行うステップと、
前記χ二乗検定の結果、前記解候補が１つに限定された場合に、限定された前記解候補を前記真の解とするステップと、
前記真の解から整数サイクルを得るステップと
を具備する測位プログラム。 A positioning program for causing a computer system to perform positioning of a mobile station based on observation data from at least four satellites,
An integer cycle deriving process for deriving an integer cycle based on observation data received from four satellites by the mobile station and a reference station at a known position;
Using the integer cycle derived by the integer cycle deriving process, and positioning processing for positioning the mobile body after the next epoch,
The integer cycle derivation process is:
Using the observation data received by the reference station and the mobile station, obtaining a provisional solution regarding the position of the mobile station;
Using the provisional solution information to determine a first spatial region in which a true solution exists;
Obtaining a second spatial region by linearly mapping the first spatial region, and setting a predetermined solution existing in the second spatial region as a solution candidate that can be a true solution;
Performing a chi-square test for each of the solution candidates;
As a result of the chi-square test, when the number of solution candidates is limited to one, the limited solution candidate is set as the true solution; and
Obtaining an integer cycle from the true solution.
前記衛星から送信された衛星信号を受信するＧＰＳアンテナと、
既知の位置にある基準局における観測データ又は前記観測データから導出される補正データを受信する地上アンテナと、
前記ＧＰＳアンテナ及び前記地上アンテナにより受信された情報に基づいて、整数サイクルを導出するとともに、導出した前記整数サイクルを用いて、次のエポック以降の測位を行う処理部とを備え、
前記処理部は、
前記ＧＰＳアンテナ及び前記地上アンテナにて受信された情報を用いて、移動局の位置に関する仮の解を求める処理と、
前記仮の解の情報を用いて、真の解が存在する第１の空間領域を求める処理と、
前記第１の空間領域を線形写像して第２の空間領域を求め、前記第２の空間領域内に存在する所定の解を真の解となりうる解候補とする処理と、
前記解候補のそれぞれについて、χ二乗検定を行う処理と、
前記χ二乗検定の結果、前記解候補が１つに限定された場合に、限定された前記解候補を前記真の解とする処理と、
前記真の解から整数サイクルを得る処理と
を実行するＧＰＳ受信装置。 A GPS receiver that is used in GPS for measuring the position of a mobile station using satellite signals transmitted from at least four satellites, and is mounted on the mobile station,
A GPS antenna for receiving a satellite signal transmitted from the satellite;
A ground antenna for receiving observation data at a reference station at a known position or correction data derived from the observation data;
A processing unit for deriving an integer cycle based on information received by the GPS antenna and the ground antenna, and performing positioning after the next epoch using the derived integer cycle;
The processor is
Using the information received by the GPS antenna and the ground antenna, a process for obtaining a temporary solution regarding the position of the mobile station;
A process for obtaining a first spatial region in which a true solution exists using the information of the provisional solution;
A process of linearly mapping the first spatial region to obtain a second spatial region and setting a predetermined solution existing in the second spatial region as a solution candidate that can be a true solution;
For each of the solution candidates, a process of performing a chi-square test,
As a result of the chi-square test, when the number of solution candidates is limited to one, the processing of setting the limited solution candidates as the true solutions;
A GPS receiver that executes processing for obtaining an integer cycle from the true solution.
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| JP2004253227A JP2006071370A (en) | 2004-08-31 | 2004-08-31 | Positioning method using satellite, positioning program, and gps receiver |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008002975A (en) * | 2006-06-23 | 2008-01-10 | Port & Airport Research Institute | Method and device for discriminating false recognition of gps positioning data |
| JP2011510295A (en) * | 2008-01-14 | 2011-03-31 | トップコン ジーピーエス，エルエルシー | Measurement of energy potential (signal-to-noise ratio) in a digital global navigation satellite system receiver |
| JP2011153890A (en) * | 2010-01-27 | 2011-08-11 | Japan Radio Co Ltd | Time determination method of gps receiving device |
| JP2016102789A (en) * | 2014-11-18 | 2016-06-02 | 長田電機株式会社 | Displacement monitoring system and displacement monitoring method |
-
2004
- 2004-08-31 JP JP2004253227A patent/JP2006071370A/en not_active Withdrawn
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