JP2014228549A - 衛星測位品質を評価するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本願発明の課題は、評価結果を迅速かつ正確に出力することが可能な衛星測位品質を評価するための方法および装置を提供することである。【解決手段】衛星測位品質を評価するための方法および衛星受信機を開示する。衛星情報は、１組の衛星のうちの１つまたは複数の衛星から取得される。この衛星情報は、１つまたは複数の衛星の各々に関するパラメータの観測値を含む。この衛星情報に基づいて各観測値に関する推定値が決定される。この衛星情報に基づいて各観測値に関する推定値が決定される。推定値と観測値との間で１組の残差値が取得される。この１組の残差値に基づいて１組の衛星に関連付けされた測位品質が決定される。【選択図】図１

Description

［関連出願］
本出願は、そのすべてについてその全体が参照により本明細書に組み込まれる２０１３年５月２４日に中国国家知識産権局に提出された「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｆｏｒ Ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ」と題する中国特許出願第２０１３１０１９９８０６．３号に対する優先権を主張するものである。

本開示は全般的には衛星ナビゲーション技術に関し、具体的には本教示は衛星受信機および衛星測位品質を評価するための方法を対象とする。

衛星受信機が測位データ（たとえば、座標情報または速度情報）を迅速かつ精密に出力するためには、衛星受信機の初期位置算出時間（ＴＴＦＦ）および高速回復時間を短縮させるようにできる限り速やかに測位品質を評価すること、ならびに衛星ナビゲーションシステムの測位確度を向上させることが必要である。

測位品質を評価するための従来の方法は、利用可能な衛星の数、衛星信号の強度、チャンネル品質、精度低下（ＤＯＰ）などのパラメータに基づくか、または複数の評価値によっている。

しかし、利用可能な衛星数、衛星信号強度またはチャンネル品質などのパラメータは量子化されていないため、これらのパラメータを従来では経験値に基づいて事前決定していた。このため、評価に関して誤差が存在することが多く、またしたがって衛星受信機により出力される座標情報の確度が低下していた。さらに、複数の評価値を含む方法は測位データに大きなジッタが存在するときは有用であるが、これでは時間がかかるとともに、測位結果と衛星受信機の実際の位置の間に一定の偏差が存在する場合は役に立たない。

したがって、評価結果を迅速かつ正確に出力することが可能な測位品質を評価するための方法を提供する必要性が存在する。

本明細書に記載した実施形態は、測位品質を評価するための方法ならびに衛星受信機に関する。

一実施形態では、測位品質を評価するための方法を開示する。衛星情報は、１組の衛星のうちの１つまたは複数の衛星から取得される。この衛星情報は、１つまたは複数の衛星の各々に関するパラメータの観測値を含む。この衛星情報に基づいて各観測値に関する推定値が決定される。推定値と観測値との間で１組の残差値が取得される。この１組の残差値に基づいて、１組の衛星に関連付けされた測位品質が決定される。

別の実施形態では、衛星受信機を開示する。本衛星受信機は、収集モジュールと、推定値計算モジュールと、残差値計算モジュールと、を含む。この収集モジュールは、１組の衛星のうちの１つまたは複数の衛星から衛星情報を取得するように構成されている。この衛星情報は、１つまたは複数の衛星の各々に関するパラメータの観測値を含む。この推定値計算モジュールは、この衛星情報に基づいて各観測値に関する推定値を決定するように構成されている。この残差値計算モジュールは、推定値と観測値との間の１組の残差値を取得するように、且つ、この１組の残差値に基づいて１組の衛星に関連付けされた測位品質を決定するように構成されている。

追加的な恩恵および新規の特徴については、その一部を以下の説明に記載することにし、また一部は以下の説明および添付の図面を調べることで当業者にとって明らかとなるか、開示した実施形態の製作または操作によって習得することができよう。本実施形態の恩恵は、以下に記載した詳細な説明に示した方法、装備および組合せに関する様々な態様の実施または使用によって実現および達成することができる。

特許請求している主題の実施形態の特徴および恩恵については、同じ参照符号が同じ部品を示している図面を参照して、また以下の詳細な説明を読むことによって、明らかとなろう。これら例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明することにする。これらの実施形態は、非限定の例示的な実施形態である。

本開示の一実施形態に従った衛星測位品質を評価するための方法を示した流れ図である。 本開示の別の実施形態に従った衛星測位品質を評価するための方法を示した流れ図である。 本開示のさらに別の実施形態に従った衛星測位品質を評価するための方法を示した流れ図である。 本開示の一実施形態に従った衛星受信機の例示的なブロック図である。

ここで、本開示の実施形態について詳細に言及することにする。本開示についてこれらの実施形態と関連して説明することにするが、このことは本開示をこれらの実施形態に限定することを意図したものではないことが理解されよう。逆に本開示は、添付の特許請求の範囲によって規定したような本開示の精神および趣旨の域内に含まれ得るような代替形態、修正形態および等価形態を包含するように意図している。

さらに、本開示に関する以下の詳細な説明では、本開示の完全な理解を提供するために具体的な数値的詳細を示している。しかし、当業者であれば本開示がこれらの具体的詳細によらずに実施し得ることが認識されよう。別の例では、本開示の態様を不必要に不明瞭にしないように、よく知られた方法、手続き、構成要素および回路については詳細に記載していない。

図１は、本開示の一実施形態に従った衛星測位品質を評価するための方法を示した流れ図である。

Ｓ１１では、１組の衛星に対する収集およびトラッキングによって衛星情報が取得される。この衛星情報は、その１組の衛星のうちの少なくとも１つに関する１つまたは複数のパラメータの観測値を含む。

Ｓ１２では、この観測値に対する推定値が衛星情報に基づいて決定される。

Ｓ１３では、推定値と観測値との間の残差値が計算されて所定の閾値と比較され、その残差値が所定の閾値未満でないか否かが決定される。１組の衛星に関連付けされた測位品質は、比較の結果に基づいて決定することが可能である。

図２は、本開示の別の実施形態に従った衛星測位品質を評価するための方法を示した流れ図である。図２の例では、図１で説明したような１つまたは複数のパラメータは疑似範囲を含む。

Ｓ２１では、衛星に対する収集およびトラッキングによって衛星情報が取得される。この衛星情報は、衛星に関する疑似範囲、座標、速度および周波数の観測値を含む。次いで、衛星情報に基づいて衛星受信機の座標情報およびクロックオフセットが式１−１１〜式１−ｋｐに従って計算される。

上記の式において、ρ_１１〜ρ_１ｍは、第１の衛星ナビゲーションシステム内の利用可能な衛星の数がｍであると仮定して衛星受信機と第１の衛星ナビゲーションシステム内の各利用可能な衛星との間の疑似範囲の観測値を意味している。同様にρ_２１〜ρ_２ｎは、第２の衛星ナビゲーションシステム内の利用可能な衛星の数がｎであると仮定して衛星受信機と第２の衛星ナビゲーションシステム内の各利用可能な衛星との間の疑似範囲の観測値を意味しており、またρ_ｋ１〜ρ_ｋｐは、第ｋ番目の衛星ナビゲーションシステム内の利用可能な衛星の数がｐであると仮定して衛星受信機と第ｋ番目の衛星ナビゲーションシステム内の各利用可能な衛星との間の疑似範囲の観測値を意味している。疑似範囲は、衛星受信機内のトラッキングループによって取得することが可能である。一実施形態では、数ｋは１より大きいまたは１に等しい整数である。

上記の式において、（ｘ_１ｉ，ｙ_１ｉ，ｚ_１ｉ）は、第１の衛星ナビゲーションシステム内の各利用可能な衛星の座標情報（１≦ｉ≦ｍ）を意味している。（ｘ_２ｊ，ｙ_２ｊ，ｚ_２ｊ）は、第２の衛星ナビゲーションシステム内の各利用可能な衛星の座標情報（１≦ｊ≦ｎ）を意味している。（ｘ_ｋｏ，ｙ_ｋｏ，ｚ_ｋｏ）は、第ｋ番目の衛星ナビゲーションシステム内の各利用可能な衛星の座標情報（１≦ｏ≦ｐ）を意味している。各利用可能な衛星の座標情報は、対応する衛星に関する軌道パラメータおよび測位時間に基づいて取得することが可能である。ｃは光速を意味している。

上記の式において、ｔ_ｕ１は、衛星受信機と第１の衛星ナビゲーションシステムとの間のクロックオフセットを意味している。ｔ_ｕ２は、衛星受信機と第２の衛星ナビゲーションシステムとの間のクロックオフセットを意味している。ｔ_ｕｋは、衛星受信機と第ｋ番目の衛星ナビゲーションシステムとの間のクロックオフセットを意味している。各クロックオフセットは未知である。

上記の式において、（ｘ_ｕ，ｙ_ｕ，ｚ_ｕ）は、衛星受信機の座標情報であり、これもまた未知である。

本開示の衛星受信機は、１つの衛星ナビゲーションシステムからのみ衛星信号を受け取ることが可能なシングルモードの衛星受信機とすることがある。別法として、この衛星受信機はまた、１つまたは複数の衛星ナビゲーションシステムから衛星信号を受け取ることが可能なマルチモード衛星受信機とすることが可能である。シングルモード衛星受信機では、衛星受信機の座標情報およびクロックオフセットを計算するためには少なくとも４つの衛星が必要である。この例では、衛星受信機の座標情報およびクロックオフセットは、少なくとも４つの信頼できる衛星からの衛星情報に基づいて計算される。この信頼できる衛星とは、衛星受信機がそれに関して良好なトラッキング品質を有している衛星のことである。この信頼できる衛星は、受信信号の強度ならびにトラッキング指標に基づいて選択することが可能である。マルチモード衛星受信機に関する衛星の必要数は、シングルモード衛星受信機に関する衛星の必要数から導出することが可能である。

疑似範囲の観測値は様々な誤差（たとえばこの例では、衛星受信機の計測誤差、衛星のクロック誤差および大気遅延誤差）を包含することがあるため、式１−１１〜式１−ｋｐの解法は最小二乗計測またはカルマンフィルタ処理によって処理することが可能である。したがって、衛星受信機の座標情報およびクロックオフセットの計算結果は厳密には正確でないことがある。

Ｓ２２では、疑似範囲の推定値がステップＳ２１で計算した衛星受信機の座標情報およびクロックオフセットに基づきかつ式２−１１〜式２−ｋｐを用いて計算される。

上記の式において、

は、衛星受信機と第１の衛星ナビゲーションシステム内の各利用可能な衛星との間の疑似範囲の推定値を意味している。同様に、

は、衛星受信機と第２の衛星ナビゲーションシステム内の各利用可能な衛星との間の疑似範囲の推定値を意味しており、また

は、衛星受信機と第ｋ番目の衛星ナビゲーションシステム内の各利用可能な衛星との間の疑似範囲の推定値を意味している。

は、衛星受信機の座標情報（ｘ_ｕ，ｙ_ｕ，ｚ_ｕ）の推定値を意味している。

は、衛星受信機と第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の各利用可能な衛星との間のクロックオフセットのそれぞれの推定値を意味している。

Ｓ２３では、疑似範囲の推定値と対応する観測値との間の疑似範囲残差が計算される。残差疑似範囲誤差の各々は第１の所定の閾値と比較され、式（３）に従ってその残差疑似範囲誤差が第１の所定の閾値以上か否かが決定される。

式（１−１１）〜式（１−ｋｐ）および式（２−１１）〜式（２−ｋｐ）を解くときには、地球の回転の影響を考慮すべきである。衛星をトラッキングする品質はトラッキング指標および衛星からの受信信号の強度に基づいて評価することが可能である。ある衛星に関するトラッキング品質が良好であれば、衛星情報に基づいて計算される疑似範囲の観測値は比較的正確である。計算された残差疑似範囲誤差が小さければ、その疑似範囲の推定値が比較的正確であり、また計算される衛星受信機の座標情報およびクロックオフセットも正確であることを意味する。したがって、その測位品質は高い。これとは逆に、その計算された残差疑似範囲誤差が大きく、そのことがその衛星受信機に関して計算される座標情報および計算されるクロックオフセットの正確さが低いことを意味する場合は、その測位品質は低い。衛星受信機の目的が異なれば、測位品質の要件も異なる。衛星ナビゲーションシステムの測位品質を評価した後で、異なる品質をもつ測位結果を異なる用途に選択的に使用することが可能となる。残差疑似範囲誤差と第１の所定の閾値との間の誤差が所定の範囲を超えていれば、その測位データは棄却される可能性がある。

さらに、式（１−１１）〜式（１−ｋｐ）は一般に式（１）のように表現することが可能である。

上記の数式において、ρ_ｉｊは、衛星受信機と第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星との間の疑似範囲の観測値を意味している。ｔ_ｕｉは、衛星受信機と第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステムとの間のクロックオフセットを意味している。（ｘ_ｉｊ，ｙ_ｉｊ，ｚ_ｉｊ）は、座標情報第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星の座標情報を意味している。（ｘ_ｕ，ｙ_ｕ，ｚ_ｕ）は衛星受信機の座標情報を意味している。

式（２−１１）〜式（２−ｋｐ）は一般に式（２）のように表現することが可能である。

上記の数式において、

は、衛星受信機と第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星との間の疑似範囲の推定値を意味している。

は、衛星受信機と第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステムとの間のクロックオフセットの推定値を意味している。（ｘ_ｉｊ，ｙ_ｉｊ，ｚ_ｉｊ）は、第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星の座標情報を意味している。

は、衛星受信機の座標情報（ｘ_ｕ，ｙ_ｕ，ｚ_ｕ）の推定値を意味している。

図３は、本開示のさらに別の実施形態に従った衛星測位品質を評価するための方法を示した流れ図である。図３の例では、図１で説明したような１つまたは複数のパラメータは、ある衛星受信機の異なる衛星を基準とした半径方向速度を含む。

Ｓ３１では、衛星のトラッキングによって衛星情報が取得される。次いで、衛星情報に基づいて異なる衛星を基準とした衛星受信機の半径方向速度の観測値が式（４）に従って計算される。

上記の数式において、ｄ_ｉｊは第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星を基準とした衛星受信機の半径方向速度の観測値を意味している。このｄ_ｉｊは式（４）に従って取得することが可能である。ｆ_ｉｊは、第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星を基準とした衛星受信機の受信周波数を意味している。ｆ_Ｔｉｊは第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星の放出周波数を意味している。ｃは光速を意味している。（ν_ｉｊ＿ｘ，ν_ｉｊ＿ｙ，ν_ｉｊ＿ｚ）は第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星の速度を意味している。

は、衛星受信機の速度を意味している。

は、衛星受信機のクロックドリフトを意味している。（ａ_ｉｊ＿ｘ，ａ_ｉｊ＿ｙ，ａ_ｉｊ＿ｚ）は衛星受信機を基準とした第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星の方向ベクトルを意味している。

Ｓ３２では、異なる衛星を基準とした衛星受信機の半径方向速度の推定値が式（５）および式（６）を用いて計算される。

は、第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星を基準とした衛星受信機の半径方向速度の推定値を意味している。衛星受信機の速度

は、式（５）を用いて解かれるとともに、衛星受信機の半径方向速度の推定値

を取得するために式（６）内に代入される。比ｆ_ｉｊ／ｆ_Ｔｉｊが１に近いと仮定すると、式（６）は式（５）および式（４）から導出することが可能である。

Ｓ３３では、衛星受信機の半径方向速度の推定値と対応する観測値との間の半径方向速度残差が計算される。この半径方向速度残差の各々は第２の所定の閾値と比較され、その半径方向速度残差が第２の所定の閾値以上か否かを式（７）に従って決定する。

この実施形態による方法は、衛星受信機の異なる用途に関する衛星測位品質を評価するために異なるパラメータを採用している。たとえば、衛星受信機内のフィルタを初期化する用途では、知る必要があるのは衛星受信機の位置のみである。このような場合には本方法は、衛星測位品質を評価するために疑似範囲残差を計算するだけである。別の例として、衛星受信機内のフィルタのモデル化の用途では、本方法は衛星測位品質を評価するために疑似範囲残差と半径方向速度残差の両方を計算する。

したがって任意選択として、ステップＳ２１またはステップＳ３１の前に本開示の方法はさらに、実際の用途に基づいて疑似範囲残差および／または半径方向速度残差が必要であるか否かを決定するステップを含む可能性がある。疑似範囲残差だけが必要であれば、本方法はステップＳ２１に進む。半径方向速度残差だけが必要であれば、本方法はステップＳ３１に進む。疑似範囲残差と半径方向速度残差の両方が必要であれば、本方法はステップＳ２１とステップＳ３１との両方を実行する。

さらに本開示の方法はまた、疑似範囲残差または／および半径方向速度残差の決定に必要とする衛星数を決定するとともに、トラッキング品質に基づいて必要衛星数を選択するステップを含む可能性がある。

さらにその所定の閾値（たとえば、第１の所定の閾値または第２の所定の閾値）を経験値とすることが可能である。別法としてその所定の閾値を経験値に基づいたある範囲とすることがある。この所定の閾値は、適用分野、衛星受信機種別、実際の環境、その他などの要因に基づいて様々とすることができる。さらに本開示の方法は、利用可能な衛星のうちの一部のみ（たとえば、その衛星受信機がより良好なトラッキング品質を有するような衛星）に関する評価値および残差値を計算し、この残差値の各々を所定の閾値と比較して測位品質を決定することを含むことがある。別法として、本開示の方法は、利用可能な衛星のすべてに関する残差値を計算し、この残差値の平均値を所定の閾値と比較して測位品質を決定することを含むことがある。

図４は、本開示の一実施形態に従った衛星受信機１００の例示的なブロック図を表している。衛星受信機１００は、収集モジュール１０と、推定値計算モジュール２０と、残差値計算モジュール３０と、検出モジュール４０と、衛星決定モジュール５０と、を含む。

収集モジュール１０は、１組の衛星をトラッキングして衛星情報を取得するように構成されている。この衛星情報は、その１組の衛星のうちの少なくとも１つに関するパラメータの観測値を含む。推定値計算モジュール２０は収集モジュール１０と結合させるとともに、衛星情報に基づいて観測値の推定値を決定するように構成されている。残差値計算モジュール３０は推定値計算モジュール２０と結合されている。残差値計算モジュール３０は、推定値と観測値との間の残差値を計算するとともに、この残差値が所定の閾値以上か否かを決定するようにこの残差値を所定の閾値と比較するように構成されている。１組の衛星に関連付けされた測位品質は、この比較結果に基づいて決定することが可能である。

より具体的には、一実施形態では、疑似範囲の観測値を観測値の例としかつ疑似範囲の推定値を推定値の例として、収集モジュール１０は衛星情報を取得し、この衛星情報に基づいて衛星受信機１００の座標情報およびクロックオフセットを式（１）に従って計算する。

上記の数式において、ρ_ｉｊは衛星受信機１００と第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星との間の疑似範囲の観測値を意味している。ｔ_ｕｉは衛星受信機１００と第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステムとの間のクロックオフセットを意味している。（ｘ_ｉｊ，ｙ_ｉｊ，ｚ_ｉｊ）は、第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星の座標情報を意味している。（ｘ_ｕ，ｙ_ｕ，ｚ_ｕ）は衛星受信機１００の座標情報を意味している。

推定値計算モジュール２０は、衛星受信機１００の座標情報およびクロックオフセットに基づいて疑似範囲の推定値を式（２）に従って計算する。

上記の数式において、

は、衛星受信機１００と第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星との間の疑似範囲の推定値を意味している。

は、衛星受信機１００と第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステムとの間のクロックオフセットの推定値を意味している。（ｘ_ｉｊ，ｙ_ｉｊ，ｚ_ｉｊ）は第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星の座標情報を意味している。

は、衛星受信機１００の座標情報（ｘ_ｕ，ｙ_ｕ，ｚ_ｕ）の推定値を意味している。

残差値計算モジュール３０は、疑似範囲の推定値と対応する観測値との間の疑似範囲残差を式（３）に従って計算する。

残差値計算モジュール３０は、疑似範囲残差の各々を第１の所定の閾値と比較し、各残差値が第１の所定の閾値以上か否かを決定する。

別の実施形態では、異なる衛星を基準とした衛星受信機１００の半径方向速度の観測値を観測値の例とし、かつ異なる衛星を基準とした衛星受信機１００の半径方向速度の推定値を推定値の例として、収集モジュール１０は衛星に対する収集およびトラッキングによって衛星情報を取得する。次いで収集モジュール１０は、この衛星情報に基づいて異なる衛星を基準とした衛星受信機１００の半径方向速度の観測値を式（４）に従って計算する。

上記の数式において、ｄ_ｉｊは第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星を基準とした衛星受信機１００の半径方向速度の観測値を意味している。ｄ_ｉｊは式（４）に従って取得することが可能である。ｆ_ｉｊは第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星を基準とした衛星受信機１００の受信周波数を意味している。ｆ_Ｔｉｊは、第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星の放出周波数を意味している。ｃは光速を意味している。（ν_ｉｊ＿ｘ，ν_ｉｊ＿ｙ，ν_ｉｊ＿ｚ）は、第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星の速度を意味している。

は、衛星受信機１００の速度を意味している。

は、衛星受信機１００のクロックドリフトを意味している。（ａ_ｉｊ＿ｘ，ａ_ｉｊ＿ｙ，ａ_ｉｊ＿ｚ）は衛星受信機１００を基準とした第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星の方向ベクトルを意味している。

推定値計算モジュール２０は、衛星受信機１００の半径方向速度の推定値を式（５）および式（６）に従って計算する。

残差値計算モジュール３０は、衛星受信機１００の半径方向速度の推定値と対応する観測値との間の半径方向速度残差Δｄ_ｉｊを式（７）に従って計算する。

次いで残差値計算モジュール３０は、半径方向速度残差の各々を第２の所定の閾値と比較し、各半径方向速度残差が第２の所定の閾値以上か否かを決定する。

さらに衛星受信機１００はまた、検出モジュール４０と衛星決定モジュール５０とを含む。衛星決定モジュール５０は検出モジュール４０と結合されている。

検出モジュール４０は、実際の用途で疑似範囲残差または半径方向速度残差が必要であるか否かを決定するように構成されている。検出モジュール４０からの決定に基づいて、衛星決定モジュール５０は、疑似範囲残差および／または半径方向速度残差の決定に必要な衛星数を決定するとともに、その衛星受信機１００がより良好なトラッキング品質を有するような必要衛星数を選択するように構成されている。収集モジュール１０はさらに、この選択した衛星をトラッキングして衛星情報を取得する。

さらに推定値計算モジュール２０は、その衛星受信機がより良好なトラッキング品質を有するような選択した衛星に関する推定値を計算することがある。別法として推定値計算モジュール２０は、利用可能な衛星のすべてに関する推定値を計算することがある。推定値計算モジュール２０が選択した衛星だけの推定値を計算する場合、残差値計算モジュール３０は選択した衛星に関する残差値を計算するとともに、この残差値の各々を所定の閾値と比較しその残差値のいずれかが所定の閾値以上か否かをチェックする。推定値計算モジュール２０が利用可能な衛星のすべてに関する推定値を計算する場合、残差値計算モジュール３０は各衛星に関する残差値を計算するとともに、すべての残差値の平均値を所定の閾値と比較しその平均値が所定の閾値以上か否かをチェックする。

本開示のこれらの実施形態は、測位品質を評価するための方法、ならびにこの方法を利用した衛星受信機を提供する。衛星受信機の疑似範囲および半径方向速度に関する推定値および観測値を計算すること、観測値と対応する推定値との間の残差値を計算すること、ならびに残差値の各々を所定の閾値と比較することによって、本教示の方法は測位品質を迅速かつ精密に評価することが可能である。

さらに本開示の測位品質を評価するための方法ならびに衛星受信機は、次の状況で利用することが可能である。

１． 衛星受信機を用いて第１の時点で測位するために、本開示の方法を利用してＴＴＦＦを短くしかつ測位精度を向上することが可能である。

２． トンネル坑口などの信号が阻止される箇所からの信号を復旧させるために、本開示の方法を利用してその回復時間を短くしかつ測位精度を向上することが可能である。

３． フィルタを初期化するために、本開示の方法を利用して測位品質の評価後にそのフィルタを迅速に初期化することが可能である。

４． 測位プロセスの品質を評価するために、本開示の方法を利用して測位品質を迅速に決定することが可能である。この測位結果の正確性が低くなった場合は（たとえば、信号強度が弱くなったりトラッキング品質が低下したときは）、フィルタに対する調整を適宜実行することが可能である。

上述した説明および図面は本開示の実施形態を示しているが、それらにおいて添付の特許請求の範囲で規定したような本開示の原理に関する精神および趣旨を逸脱することなく様々な追加、修正および代用を行い得ることが理解されよう。当業者であれば本開示が本開示の実施において使用される形態、構造、配列、割合、材料、要素、成分その他に関して、本開示の原理を逸脱することなく特定の環境および動作要件に特に適合するような多くの修正を伴って使用し得ることを理解されよう。ここで開示した実施形態はしたがって、あらゆる点において例証と見なすべきでありかつ限定と見なすべきでなく、本開示の趣旨は添付の特許請求の範囲ならびにその法的な等価物によって指示されるものであり、上の記載に限定されるものではない。

１０ 収集モジュール
２０ 推定値計算モジュール
３０ 残差値計算モジュール
４０ 検出モジュール
５０ 衛星決定モジュール
１００ 衛星受信機

Claims (20)

1. １組の衛星に関連付けされた衛星測位品質を評価するための方法であって、
   前記１組の衛星のうちの１つまたは複数の衛星から、前記１つまたは複数の衛星の各々に関するパラメータの観測値を含んだ衛星情報を取得するステップと、
   前記衛星情報に基づいて各観測値に関する推定値を決定するステップと、
   前記推定値と前記観測値との間の１組の残差値を取得するステップと、
   前記１組の残差値に基づいて前記１組の衛星に関連付けされた測位品質を決定するステップと、
   を含む方法。
2. 前記パラメータは疑似範囲を含み、衛星情報を取得する前記ステップは、
   前記衛星情報を収集するステップと、
   前記衛星情報に基づいて衛星受信機の座標情報およびクロックオフセットを下記式（１）に従って計算するステップと、
   を含む、請求項１に記載の方法。
   

   

   前記数式において、ρ_ｉｊは衛星受信機と第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星との間の疑似範囲の観測値を意味しており、ｔ_ｕｉは前記衛星受信機と前記第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステムとの間の前記クロックオフセットを意味しており、（ｘ_ｉｊ，ｙ_ｉｊ，ｚ_ｉｊ）は前記第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星の座標情報を意味しており、（ｘ_ｕ，ｙ_ｕ，ｚ_ｕ）は前記衛星受信機の座標情報を意味している。
3. 前記衛星情報に基づいて前記観測値に関する前記推定値を決定する前記ステップは、
   疑似範囲の前記推定値を前記衛星受信機の前記座標情報と前記クロックオフセットとに基づいて下記式（２）に従って計算するステップを含む、請求項２に記載の方法。
   

   

   前記数式において、
   

   

   は、前記衛星受信機と前記第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の前記第ｊ番目の衛星との間の疑似範囲の前記推定値を意味しており、
   

   

   は、前記衛星受信機と前記第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステムとの間のクロックオフセットの推定値を意味しており、（ｘ_ｉｊ，ｙ_ｉｊ，ｚ_ｉｊ）は前記第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の前記第ｊ番目の衛星の座標情報を意味しており、かつ
   

   

   は、前記衛星受信機の前記座標情報（ｘ_ｕ，ｙ_ｕ，ｚ_ｕ）の推定値を意味している。
4. １組の残差値を取得する前記ステップは、疑似範囲の前記推定値と疑似範囲の前記観測値との間の疑似範囲残差を下記式（３）、
   

   

   に従って計算するステップを含み、かつ
   測位品質を決定する前記ステップは、前記疑似範囲残差が第１の所定の閾値以上か否かを決定するステップを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記パラメータは前記衛星受信機の半径方向速度を含み、かつ衛星情報を取得する前記ステップは、
   前記衛星情報を収集するステップと、
   前記衛星情報に基づいて前記衛星受信機の速度の前記観測値を下記式（４）に従って計算するステップと、
   を含む、請求項１に記載の方法。
   

   

   前記数式において、ｄ_ｉｊは第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星を基準とした前記衛星受信機の半径方向速度の前記観測値を意味している既知値であり、ｆ_ｉｊは前記第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の前記第ｊ番目の衛星を基準とした前記衛星受信機の受信周波数を意味しており、ｆ_Ｔｉｊは前記第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の前記第ｊ番目の衛星の放出周波数を意味しており、ｃは光速を意味しており、（ν_ｉｊ＿ｘ，ν_ｉｊ＿ｙ，ν_ｉｊ＿ｚ）は前記第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の前記第ｊ番目の衛星の速度を意味しており、
   

   

   は、前記衛星受信機の速度を意味しており、
   

   

   は、前記衛星受信機のクロックドリフトを意味しており、かつ（ａ_ｉｊ＿ｘ，ａ_ｉｊ＿ｙ，ａ_ｉｊ＿ｚ）は、前記衛星受信機を基準とした前記第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の前記第ｊ番目の衛星の方向ベクトルを意味している。
6. 前記衛星情報に基づいて対応する観測値の推定値を決定する前記ステップは、
   前記衛星受信機の半径方向速度の前記推定値を下記式（５）及び（６）に従って計算するステップを含む、請求項５に記載の方法。
   

   

   、および
   

   

   前記数式において、
   

   

   は、前記第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の前記第ｊ番目の衛星を基準とした前記衛星受信機の半径方向速度の前記推定値を意味している。
7. １組の残差値を取得する前記ステップは、
   前記衛星受信機の半径方向速度の前記推定値と前記観測値との間の半径方向速度残差を下記式（７）、
   

   

   に従って計算するステップを含み、かつ
   測位品質を決定する前記ステップは、前記半径方向速度残差が第２の所定値以上か否かを決定するステップを含む、請求項６に記載の方法。
8. その残差の計算を要するパラメータを決定するステップと、
   前記パラメータの前記残差の決定のために必要な衛星数を決定するステップと、
   衛星受信機が良好なトラッキング品質を有している衛星から前記必要な衛星数を選択するステップと、
   をさらに含む請求項１に記載の方法。
9. 前記衛星情報に基づいて前記観測値の推定値を決定する前記ステップはさらに、
   前記選択された衛星に関する推定値を計算するステップを含み、
   前記推定値と前記観測値との間の残差値が所定の閾値以上か否かを決定する前記ステップはさらに、
   前記選択された衛星に関する前記残差値を計算するステップと、
   前記残差値のいずれかが前記所定の閾値以上か否かをチェックするために前記残差値の各々を前記所定の閾値と比較するステップと、
   を含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記衛星情報に基づいて前記観測値の推定値を決定する前記ステップはさらに、
    各利用可能な衛星に関して前記推定値を計算するステップを含み、
    １組の残差値を取得する前記ステップは、
    各利用可能な衛星に関して前記残差値を計算するステップを含み、かつ
    測位品質を決定する前記ステップは、前記残差値の平均値が前記所定の閾値より大きいか否かをチェックするために前記平均値を前記所定の閾値と比較するステップを含む、請求項８に記載の方法。
11. １組の衛星に関連付けされた測位品質を評価するための衛星受信機であって、
    前記１組の衛星のうちの１つまたは複数の衛星から、前記１つまたは複数の衛星の各々に関するパラメータの観測値を含んだ衛星情報を取得するように構成された収集モジュールと、
    前記衛星情報に基づいて各観測値に関する推定値を決定するように構成された推定値計算モジュールと、
    前記推定値と前記観測値との間の１組の残差値を取得するようにかつ前記１組の残差値に基づいて前記１組の衛星に関連付けされた測位品質を決定するように構成された残差値計算モジュールと、
    を備える衛星受信機。
12. 前記パラメータは疑似範囲を含み、前記収集モジュールはさらに、衛星受信機の座標情報およびクロックオフセットを前記衛星情報に基づいて下記式（１）に従って計算するように構成されている、請求項１１に記載の衛星受信機。
    

    

    前記数式において、ρ_ｉｊは前記衛星受信機と第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星との間の疑似範囲の観測値を意味しており、ｔ_ｕｉは前記衛星受信機と前記第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステムとの間の前記クロックオフセットを意味しており、（ｘ_ｉｊ，ｙ_ｉｊ，ｚ_ｉｊ）は前記第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の前記第ｊ番目の衛星の座標情報を意味しており、かつ（ｘ_ｕ，ｙ_ｕ，ｚ_ｕ）は前記衛星受信機の座標情報を意味している。
13. 前記推定値計算モジュールは、前記座標情報と前記衛星受信機の前記クロックオフセットとに基づいて疑似範囲の推定値を下記式（２）に従って計算するように構成されている、請求項１２に記載の衛星受信機。
    

    

    前記数式において、
    

    

    は、前記衛星受信機と前記第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の前記第ｊ番目の衛星との間の疑似範囲の前記推定値を意味しており、
    

    

    は、前記衛星受信機と前記第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステムとの間のクロックオフセットの推定値を意味しており、（ｘ_ｉｊ，ｙ_ｉｊ，ｚ_ｉｊ）は前記第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の前記第ｊ番目の衛星の座標情報を意味しており、かつ
    

    

    は、前記衛星受信機の前記座標情報（ｘ_ｕ，ｙ_ｕ，ｚ_ｕ）の推定値を意味している。
14. 前記残差値計算モジュールは、疑似範囲の前記推定値と疑似範囲の前記観測値との間の疑似範囲残差を下記式（３）、
    

    

    に従って計算するように、かつ前記疑似範囲残差が第１の所定の閾値以上否かを決定するように構成されている、請求項１３に記載の衛星受信機。
15. 前記パラメータは前記衛星受信機の半径方向速度を含み、かつ前記収集モジュールは衛星情報を取得するように、かつ前記衛星情報に基づいて前記衛星受信機の速度の前記観測値を下記式（４）に従って計算するように構成されている、請求項１１に記載の衛星受信機。
    

    

    前記数式において、ｄ_ｉｊは第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の第ｊ番目の衛星を基準とした前記衛星受信機の半径方向速度の前記観測値を意味している既知値であり、ｆ_ｉｊは前記第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の前記第ｊ番目の衛星を基準とした前記衛星受信機の受信周波数を意味しており、ｆ_Ｔｉｊは前記第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の前記第ｊ番目の衛星の放出周波数を意味しており、ｃは光速を意味しており、（ν_ｉｊ＿ｘ，ν_ｉｊ＿ｙ，ν_ｉｊ＿ｚ）は前記第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の前記第ｊ番目の衛星の速度を意味しており、
    

    

    は、前記衛星受信機の速度を意味しており、
    

    

    は、前記衛星受信機のクロックドリフトを意味しており、かつ（ａ_ｉｊ＿ｘ，ａ_ｉｊ＿ｙ，ａ_ｉｊ＿ｚ）は前記衛星受信機を基準とした前記第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の前記第ｊ番目の衛星の方向ベクトルを意味している。
16. 前記推定値計算モジュールは、前記衛星受信機の半径方向速度の推定値を下記式（５）及び式（６）に従って計算するように構成されている、請求項１５に記載の衛星受信機。
    

    

    前記数式において、
    

    

    は、前記第ｉ番目の衛星ナビゲーションシステム内の前記第ｊ番目の衛星を基準とした前記衛星受信機の半径方向速度の前記推定値を意味している。
17. 前記残差値決定モジュールは、前記衛星受信機の半径方向速度の前記推定値と前記衛星受信機の半径方向速度の前記観測値との間の半径方向速度残差を下記式（７）、
    

    

    に従って計算するように、かつ前記半径方向速度残差が第２の所定の閾値以上か否かを決定するように構成されている、請求項１６に記載の衛星受信機。
18. 前記衛星受信機はさらに、
    その残差の計算を要するパラメータを決定するように構成された検出モジュールと、
    前記パラメータの前記残差の決定のために必要な衛星数を決定するように、かつ前記衛星受信機が良好なトラッキング品質を有している衛星から前記必要数の衛星を選択するように構成された衛星決定モジュールと、
    を備える、請求項１１に記載の衛星受信機。
19. 前記推定値計算モジュールは前記選択された衛星に関する前記推定値を計算するように構成されており、かつ前記残差値計算モジュールは前記選択された衛星に関する残差値を計算するように、かつ前記残差値のいずれかが所定の閾値以上か否かをチェックするために前記残差値の各々を前記所定の閾値と比較するように構成されている、請求項１８に記載の衛星受信機。
20. 前記推定値計算モジュールは各利用可能な衛星に関する推定値を計算するように構成されており、かつ前記残差値計算モジュールは、各利用可能な衛星に関する残差値を計算するように、かつ前記残差値のすべての平均値が前記所定の閾値以上か否かをチェックするために前記平均値を前記所定の閾値と比較するように構成されている、請求項１８に記載の衛星受信機。

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