JP2016075646A - Global navigation satellite system receiver - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マルチパスが測位位置に及ぼす影響を測位位置の誤差楕円に対して反映させる技術に関する。 The present invention relates to a technique for reflecting the influence of a multipath on a positioning position on an error ellipse at the positioning position.
ＧＰＳ（米国）、Ｇａｌｉｌｅｏ（欧州）、ＧＬＯＮＡＳＳ（ロシア）及びＢｅｉＤｏｕ（中国）等の衛星航法システムによる衛星信号を用いて測位演算を行なう、衛星信号受信装置（ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）受信装置）が、従来から広くユーザに利用されている。 Satellite signal receiver (GNSS (Global Navigation Satellite System) receiver) that performs positioning calculations using satellite signals from satellite navigation systems such as GPS (US), Galileo (Europe), GLONASS (Russia), and BeiDou (China). However, it has been widely used by users.
衛星信号受信装置が計算する測位位置は、衛星位置誤差、衛星時計誤差及びマルチパス等の影響による測位誤差を含んでいる。衛星信号受信装置のユーザは、測位位置の確度情報を必要とするため、衛星信号受信装置の測位演算部は、測位位置の精度指標を示す誤差楕円を計算する。 The positioning position calculated by the satellite signal receiver includes a positioning error due to the influence of satellite position error, satellite clock error, multipath, and the like. Since the user of the satellite signal receiving device needs the accuracy information of the positioning position, the positioning calculation unit of the satellite signal receiving device calculates an error ellipse indicating the accuracy index of the positioning position.
測位位置及び誤差楕円の表示方法を図１に示す。ＥＮＵ（Ｌｏｃａｌ Ｅａｓｔ、Ｎｏｒｔｈ、Ｕｐ）座標系は、測位位置を座標の原点とする座標系である。誤差楕円は、測位位置に中心を有し、真位置が楕円の内部に存在する確率が所定の確率（例えば、９５％）であるような軸及び径を有する。 A method for displaying the positioning position and the error ellipse is shown in FIG. The ENU (Local East, North, Up) coordinate system is a coordinate system in which the positioning position is the origin of coordinates. The error ellipse has an axis and a diameter having a center at the positioning position and a probability that the true position exists inside the ellipse is a predetermined probability (for example, 95%).
特許文献１では、誤差楕円の計算方法が開示されている。この文献では、複数の測位衛星の空間的なばらつき指標を示すＤＯＰ（Ｄｉｌｕｔｉｏｎ Ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）に基づいて、誤差楕円を計算している。つまり、測位演算に利用可能な測位衛星数が少ないときや、測位演算に利用可能な測位衛星の配置が偏っているときに、誤差楕円の径が大きく計算される。しかし、図２を用いて以下に説明するように、マルチパスが測位位置に及ぼす影響を測位位置の誤差楕円に対して反映させることができなかった。
マルチパスが測位位置に及ぼす影響を図２に示す。衛星信号受信装置Ｒｘは、高架構造Ｅｌの下部に位置する。測位衛星Ｓ１、Ｓ３、Ｓ４は、衛星信号受信装置Ｒｘから見て天頂以外の方向に位置する。測位衛星Ｓ２は、衛星信号受信装置Ｒｘから見て天頂方向に位置する。反射物体Ｒｆは、衛星信号を反射する物体である。 The effect of multipath on the positioning position is shown in FIG. The satellite signal receiving device Rx is located below the elevated structure El. The positioning satellites S1, S3, S4 are located in directions other than the zenith as seen from the satellite signal receiving device Rx. The positioning satellite S2 is located in the zenith direction when viewed from the satellite signal receiving device Rx. The reflective object Rf is an object that reflects satellite signals.
すると、測位衛星Ｓ１、Ｓ３、Ｓ４からの衛星信号は、高架構造Ｅｌに遮られず、衛星信号受信装置Ｒｘにより受信される。よって、衛星信号受信装置Ｒｘと測位衛星Ｓ１、Ｓ３、Ｓ４の間の擬似距離は、誤差をあまり含んでいない。 Then, the satellite signals from the positioning satellites S1, S3, and S4 are received by the satellite signal receiving device Rx without being blocked by the elevated structure El. Therefore, the pseudo distances between the satellite signal receiving device Rx and the positioning satellites S1, S3, and S4 do not include much error.
しかし、測位衛星Ｓ２からの衛星信号は、高架構造Ｅｌに遮られて、反射物体Ｒｆで反射されるマルチパスを経てから、衛星信号受信装置Ｒｘにより受信される。よって、衛星信号受信装置Ｒｘと測位衛星Ｓ２の間の擬似距離は、誤差を大きく含んでおり、擬似距離に誤差が重畳すれば、擬似距離を使用して計算された測位位置の精度も劣化する。 However, the satellite signal from the positioning satellite S2 is received by the satellite signal receiving device Rx after passing through a multipath that is blocked by the elevated structure El and reflected by the reflecting object Rf. Therefore, the pseudo distance between the satellite signal receiving device Rx and the positioning satellite S2 includes a large error, and if the error is superimposed on the pseudo distance, the accuracy of the positioning position calculated using the pseudo distance also deteriorates. .
このように、マルチパスの影響があるときには、マルチパスの影響がないときと比べて、測位位置の精度が劣化するため、誤差楕円の径を大きく計算する必要がある。しかし、マルチパスの影響があるときでも、マルチパスの影響がないときと比べて、複数の測位衛星の空間的なばらつき指標を示すＤＯＰが大きくなるわけではない。よって、特許文献１では、マルチパスの影響があるときでも、マルチパスの影響がないときと比べて、ＤＯＰに基づいた誤差楕円の径は大きく計算されない。つまり、この文献での誤差楕円は、本来あるべき誤差楕円から乖離していた。
As described above, when there is a multipath effect, the accuracy of the positioning position is deteriorated compared to when there is no multipath effect, and therefore it is necessary to calculate the diameter of the error ellipse larger. However, even when there is a multipath effect, the DOP indicating the spatial variation index of a plurality of positioning satellites does not increase compared to when there is no multipath effect. Therefore, in
そこで、前記課題を解決するために、本発明は、マルチパスが測位位置に及ぼす影響を測位位置の誤差楕円に対してよりよく反映させることを目的とする。 Therefore, in order to solve the above-described problem, an object of the present invention is to better reflect the effect of multipath on the positioning position on the error ellipse of the positioning position.
上記目的を達成するために、測位時刻より過去の時刻において予測した、当該測位時刻における衛星信号受信装置の予測位置と、当該測位時刻において更新した、当該測位時刻における衛星信号受信装置の測位位置と、の差分ベクトルが長いほど、当該測位時刻において、当該測位時刻における誤差楕円を大きく計算することとした。 In order to achieve the above object, the predicted position of the satellite signal receiving device at the positioning time predicted at the past time from the positioning time, and the positioning position of the satellite signal receiving device at the positioning time updated at the positioning time, The longer the difference vector is, the larger the error ellipse at the positioning time is calculated at the positioning time.
具体的には、本発明は、測位演算を行なう衛星信号受信装置であって、自装置と測位衛星の間の擬似距離を観測する擬似距離観測部と、前記擬似距離観測部が観測した擬似距離に基づいて、測位時刻より過去の時刻において、当該測位時刻における自装置の予測位置を予測した後に、当該測位時刻において、当該測位時刻における自装置の測位位置を更新する位置計算部と、前記位置計算部が当該測位時刻より過去の時刻において予測した、当該測位時刻における自装置の予測位置と、前記位置計算部が当該測位時刻において更新した、当該測位時刻における自装置の測位位置と、の差分ベクトルを計算する差分ベクトル計算部と、前記差分ベクトル計算部が計算した差分ベクトルが長いほど、当該測位時刻において、当該測位時刻における誤差楕円を大きく計算する誤差楕円計算部と、を備えることを特徴とする衛星信号受信装置である。 Specifically, the present invention is a satellite signal receiving apparatus that performs a positioning calculation, a pseudorange observing unit that observes a pseudorange between itself and a positioning satellite, and a pseudorange observed by the pseudorange observing unit The position calculation unit that updates the positioning position of the device at the positioning time at the positioning time after predicting the predicted position of the device at the positioning time at a time past the positioning time, and the position The difference between the predicted position of the own device at the positioning time predicted by the calculation unit at a time past the positioning time and the positioning position of the own device at the positioning time updated by the position calculating unit at the positioning time. The longer the difference vector calculated by the difference vector calculation unit calculating the vector and the difference vector calculation unit, the longer the positioning time. And error ellipse calculation unit to increase computing the difference ellipse, a satellite signal reception device, characterized in that it comprises a.
この構成によれば、マルチパスが測位位置に及ぼす影響が大きいほど、差分ベクトルが長くなり、差分ベクトルが長いほど、差分ベクトルを用いて算出したプロセス雑音が大きくなり、プロセス雑音を用いて算出した誤差楕円が大きくなるため、マルチパスが測位位置に及ぼす影響を測位位置の誤差楕円に対してよりよく反映させることができる。 According to this configuration, the greater the influence of the multipath on the positioning position, the longer the difference vector, and the longer the difference vector, the greater the process noise calculated using the difference vector. Since the error ellipse becomes large, the influence of the multipath on the positioning position can be better reflected on the error ellipse at the positioning position.
また、本発明は、自装置と測位衛星の間のドップラー周波数を観測するドップラー周波数観測部と、前記ドップラー周波数観測部が観測したドップラー周波数に基づいて、当該測位時刻において、当該測位時刻における自装置の速度ベクトルを計算する速度計算部と、前記差分ベクトル計算部が計算した差分ベクトルと、前記速度計算部が計算した速度ベクトルと、のなすベクトル間角度を計算し、計算したベクトル間角度に基づいて、速度ベクトル誤差量を計算する速度ベクトル誤差量計算部と、をさらに備え、前記誤差楕円計算部は、前記速度ベクトル誤差量計算部が計算したベクトル間角度が９０°又は２７０°に近いほど、当該測位時刻において、当該測位時刻における誤差楕円を大きく計算することを特徴とする衛星信号受信装置である。 The present invention also provides a Doppler frequency observation unit for observing a Doppler frequency between the own device and a positioning satellite, and the own device at the positioning time based on the Doppler frequency observed by the Doppler frequency observation unit. An angle between vectors formed by a speed calculation unit that calculates a velocity vector of the difference vector calculated by the difference vector calculation unit and a speed vector calculated by the speed calculation unit is calculated, and based on the calculated angle between vectors A velocity vector error amount calculation unit for calculating a velocity vector error amount, wherein the error ellipse calculation unit is closer to 90 ° or 270 ° between the vectors calculated by the velocity vector error amount calculation unit. A satellite signal receiving device characterized in that at the positioning time, an error ellipse at the positioning time is largely calculated. is there.
この構成によれば、マルチパスが測位位置に及ぼす影響が大きいほど、差分ベクトルと速度ベクトルのなすベクトル間角度が９０°又は２７０°に近くなり、ベクトル間角度が９０°又は２７０°に近いほど、ベクトル間角度を用いて算出した速度ベクトル誤差量が大きくなり、速度ベクトル誤差量を用いて算出したプロセス雑音が大きくなり、プロセス雑音を用いて算出した誤差楕円が大きくなるため、マルチパスが測位位置に及ぼす影響を測位位置の誤差楕円に対してよりよく反映させることができる。 According to this configuration, the greater the influence of the multipath on the positioning position, the closer the angle between the difference vector and the velocity vector is to 90 ° or 270 °, and the closer the angle between the vectors is to 90 ° or 270 °. The velocity vector error amount calculated using the vector angle increases, the process noise calculated using the velocity vector error amount increases, and the error ellipse calculated using the process noise increases. The influence on the position can be better reflected on the error ellipse of the positioning position.
また、本発明の前記誤差楕円計算部は、ＥＮＵ（Ｌｏｃａｌ Ｅａｓｔ、Ｎｏｒｔｈ、Ｕｐ）座標系の高さ（Ｕｐ軸）方向における自装置の測位位置を固定する２次元測位演算が行なわれるときに、ＥＮＵ座標系の水平面（Ｅａｓｔ−Ｎｏｒｔｈ平面）での誤差楕円の長半径及び短半径を、ＥＮＵ座標系の高さ方向における誤差楕円の誤差分散で補正することを特徴とする衛星信号受信装置である。 Further, the error ellipse calculation unit of the present invention performs the two-dimensional positioning calculation for fixing the positioning position of its own device in the height (Up axis) direction of the ENU (Local East, North, Up) coordinate system. A satellite signal receiver characterized in that the major and minor radii of an error ellipse on the horizontal plane (East-North plane) of the ENU coordinate system are corrected by error variance of the error ellipse in the height direction of the ENU coordinate system. .
この構成によれば、測位演算に利用可能な測位衛星数が少なく、高さ方向の測位位置を固定する２次元測位演算を行なうときに、誤差楕円を大きくすることができる。逆に、測位演算に利用可能な測位衛星数が多く、高さ方向の測位位置を固定しない３次元測位演算を行なうときは、誤差楕円を大きくし過ぎないようにすることができる。 According to this configuration, the number of positioning satellites that can be used for positioning calculation is small, and the error ellipse can be increased when performing two-dimensional positioning calculation that fixes the positioning position in the height direction. On the other hand, when performing 3D positioning calculation in which the number of positioning satellites available for positioning calculation is large and the positioning position in the height direction is not fixed, the error ellipse can be prevented from becoming too large.
このように、本発明は、マルチパスが測位位置に及ぼす影響を測位位置の誤差楕円に対してよりよく反映させることができる。 Thus, the present invention can better reflect the influence of multipath on the positioning position on the error ellipse at the positioning position.
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. In the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components.
本発明の衛星信号受信装置の構成を図３に示す。衛星信号受信装置Ｒｘは、信号受信部１、追尾処理部２、復調処理部３及び測位演算部４から構成される。
The configuration of the satellite signal receiving apparatus of the present invention is shown in FIG. The satellite signal receiving device Rx includes a
信号受信部１は、アンテナを介してＧＮＳＳ信号を受信する。
The
追尾処理部２は、擬似距離観測部２１、ドップラー周波数観測部２２及び航法データ抽出部２３から構成される。 The tracking processing unit 2 includes a pseudorange observation unit 21, a Doppler frequency observation unit 22, and a navigation data extraction unit 23.
擬似距離観測部２１は、衛星信号受信装置Ｒｘと測位衛星の間の擬似距離を観測する。ドップラー周波数観測部２２は、衛星信号受信装置Ｒｘと測位衛星の間のドップラー周波数を観測する。航法データ抽出部２３は、ＧＮＳＳ信号から航法データのビット情報を抽出する。 The pseudorange observation unit 21 observes the pseudorange between the satellite signal receiving device Rx and the positioning satellite. The Doppler frequency observation unit 22 observes the Doppler frequency between the satellite signal receiving device Rx and the positioning satellite. The navigation data extraction unit 23 extracts bit information of navigation data from the GNSS signal.
復調処理部３は、航法データのビット情報を復調（又は復号）し、測位演算に必要なエフェメリス及び衛星時計情報を摘出して出力する。 The demodulation processing unit 3 demodulates (or decodes) the bit information of the navigation data, extracts ephemeris and satellite clock information necessary for the positioning calculation, and outputs them.
追尾処理部２及び復調処理部３は、最大可視衛星数に応じて各々必要な個数が定まり、１衛星に対して各々１個を用意する必要がある。 The tracking processing unit 2 and the demodulation processing unit 3 each need a predetermined number according to the maximum number of visible satellites, and it is necessary to prepare one for each satellite.
測位演算部４は、位置計算部４１、速度計算部４２、差分ベクトル計算部４３、速度ベクトル誤差量計算部４４及び誤差楕円計算部４５から構成される。
The positioning calculation unit 4 includes a
位置計算部４１は、擬似距離観測部２１が観測した擬似距離、復調処理部３が出力したエフェメリス及び衛星時計情報、並びに、衛星信号受信装置Ｒｘが有する受信装置時計情報に基づいて、測位時刻より過去の時刻において、当該測位時刻における衛星信号受信装置Ｒｘの予測位置を予測した後に、当該測位時刻において、当該測位時刻における衛星信号受信装置Ｒｘの測位位置を更新する。
The
速度計算部４２は、ドップラー周波数観測部２２が観測したドップラー周波数、復調処理部３が出力したエフェメリス及び衛星時計情報、並びに、衛星信号受信装置Ｒｘが有する受信装置時計情報に基づいて、当該測位時刻において、当該測位時刻における衛星信号受信装置Ｒｘの速度ベクトルを計算する。 The speed calculation unit 42 determines the positioning time based on the Doppler frequency observed by the Doppler frequency observation unit 22, the ephemeris and satellite clock information output by the demodulation processing unit 3, and the reception device clock information included in the satellite signal reception device Rx. The velocity vector of the satellite signal receiving device Rx at the positioning time is calculated.
差分ベクトル計算部４３は、位置計算部４１が当該測位時刻より過去の時刻において予測した、当該測位時刻における衛星信号受信装置Ｒｘの予測位置と、位置計算部４１が当該測位時刻において更新した、当該測位時刻における衛星信号受信装置Ｒｘの測位位置と、の差分ベクトルを計算する。
The difference
速度ベクトル誤差量計算部４４は、差分ベクトル計算部４３が計算した差分ベクトルと、速度計算部４２が計算した速度ベクトルと、のなすベクトル間角度を計算し、計算したベクトル間角度に基づいて、速度ベクトル誤差量を計算する。
The velocity vector error amount calculation unit 44 calculates an angle between vectors formed by the difference vector calculated by the difference
誤差楕円計算部４５は、差分ベクトル計算部４３が計算した差分ベクトルと、速度ベクトル誤差量計算部４４が計算した速度ベクトル誤差量と、を用いてプロセス雑音を計算し、計算したプロセス雑音と、位置計算部４１で使用した情報と、を用いて誤差楕円の径の長さ及び誤差楕円の軸の方向を計算する。
The error
誤差楕円計算部４５は、差分ベクトル計算部４３が計算した差分ベクトルが長いほど、かつ、速度ベクトル誤差量計算部４４が計算したベクトル間角度が９０°又は２７０°に近いほど、当該測位時刻において、当該測位時刻における誤差楕円を大きく計算する。
As the difference vector calculated by the difference
測位演算部４は、位置計算部４１が計算した測位位置と、誤差楕円計算部４５が計算した誤差楕円の径の長さ（長半径、短半径）及び誤差楕円の軸の方向と、を外部出力する。外部出力された情報は、衛星信号受信装置Ｒｘを使用するユーザが、ナビゲーション等に利用する。
The positioning calculation unit 4 outputs the positioning position calculated by the
本発明の差分ベクトル及びベクトル間角度を図４、５に示す。ｐ＾ ｋ｜ｋ−１は、位置計算部４１が時刻ｋ−１において予測した、時刻ｋにおける衛星信号受信装置Ｒｘの予測位置である。ｐ＾ ｋ｜ｋは、位置計算部４１が時刻ｋにおいて更新した、時刻ｋにおける衛星信号受信装置Ｒｘの測位位置である。ｖ＾ ｋ｜ｋは、速度計算部４２が時刻ｋにおいて計算した、時刻ｋにおける衛星信号受信装置Ｒｘの速度ベクトルである。Δｔは、時刻ｋ−１と時刻ｋの間の時間であり、ｐ＾ ｋ｜ｋ−１は、ｐ＾ ｋ−１｜ｋ−１＋ｖ＾ ｋ−１｜ｋ−１Δｔと表わせる。
The difference vector and the angle between the vectors of the present invention are shown in FIGS. p ^ k | k-1 is the predicted position of the satellite signal receiving device Rx at time k, which is predicted by the
εｋは、ｐ＾ ｋ｜ｋ−１とｐｋ｜ｋの差分ベクトルである。θｋは、εｋとｖ＾ ｋ｜ｋのなすベクトル間角度である。図４では、εｋは有限の長さを有し、θｋは０°又は１８０°に近く、図５では、εｋは有限の長さを有し、θｋは９０°又は２７０°に近い。差分ベクトルεｋの長さは、予測位置ｐ＾ ｋ｜ｋ−１と実計算した位置ｐ＾ ｋ｜ｋとの乖離度合いを示しており、マルチパスが及ぼす影響度合いが大きい状況であれば長くなる。ベクトル間角度θｋは、道路の両脇に高層ビルがある場合や高架下走行時のような、マルチパスが及ぼす影響の度合いが非常に強い状況下では、９０°又は２７０°に近くなる。 ε k is a difference vector between p ^ k | k−1 and p k | k . θ k is an angle between vectors formed by ε k and v ^ k | k . In FIG. 4, ε k has a finite length, θ k is close to 0 ° or 180 °, and in FIG. 5, ε k has a finite length, and θ k is 90 ° or 270 °. close. The length of the difference vector ε k indicates the degree of divergence between the predicted position p ^ k | k−1 and the actually calculated position p ^ k | k, and is longer if the influence degree of the multipath is large. Become. The inter-vector angle θ k is close to 90 ° or 270 ° in a situation where the influence of multipath is very strong, such as when there are high-rise buildings on both sides of the road or when traveling under an elevated road.
ここで、一般的に、進行方向には障害物はなく、進行方向と直角（９０°又は２７０°）の方向に障害物があるため、マルチパスが及ぼす影響を受けている状況下では、図４の状態ではなく、図５の状態になる。つまり、図５に示した状況は、図４に示した状況より、マルチパスが及ぼす影響度合いが強い状況である。 Here, in general, there is no obstacle in the traveling direction, and there is an obstacle in a direction perpendicular to the traveling direction (90 ° or 270 °). The state shown in FIG. That is, the situation shown in FIG. 5 is a situation in which the degree of influence of multipath is stronger than the situation shown in FIG.
測位演算部４を構成する位置計算部４１、速度計算部４２、差分ベクトル計算部４３、速度ベクトル誤差量計算部４４及び誤差楕円計算部４５の処理の流れを図６〜８に示す。
6 to 8 show the processing flow of the
本発明の差分ベクトルの計算方法を図６に示す。 The difference vector calculation method of the present invention is shown in FIG.
位置計算部４１及び速度計算部４２は、以下に示す数式１〜７を用いて、ｐ＾ ｋ｜ｋ及びｖ＾ ｋ｜ｋをそれぞれ計算する（ステップＳ１）。位置計算部４１及び速度計算部４２は、状態方程式及び観測方程式をそれぞれ立式し、カルマンフィルタによる手法で、観測量である擬似距離情報及びドップラー周波数情報を用いて、衛星信号受信装置Ｒｘの測位位置ｐ、速度ベクトルｖ、時計誤差及び時計誤差ドリフトを算出する。状態量ｘは、測位位置ｐ、速度ベクトルｖ、時計誤差及び時計誤差ドリフトを構成成分とし、観測量ｚは、擬似距離の観測量及びドップラー周波数の観測量を構成成分とする。
The
カルマンフィルタに適用する状態方程式は、数式１のように表わされる。
カルマンフィルタに適用する観測方程式は、数式２のように表わされる。
状態方程式と観測方程式を用いてカルマンフィルタの予測過程と更新過程を計算する。 Calculate the prediction process and update process of the Kalman filter using the equation of state and the observation equation.
カルマンフィルタの予測過程は、数式３、４のように表わされる。
カルマンフィルタの更新過程は、数式５〜７のように表わされる。
差分ベクトル計算部４３は、以下に示す数式８又は数式９を用いて、差分ベクトルεｋを計算する（ステップＳ２）。
p ＾ ｋ｜ｋは、カルマンフィルタの更新過程で計算された推定状態量ｘ＾ ｋ｜ｋから取り出した衛星信号受信装置Ｒｘの測位位置である。p ＾ ｋ｜ｋ-1は、推定状態量ｘ＾ ｋ｜ｋ-1から取り出した衛星信号受信装置Ｒｘの予測位置である。p ＾ ｋ-1｜ｋ-1は、推定状態量ｘ＾ ｋ-1｜ｋ-1から取り出した衛星信号受信装置Ｒｘの測位位置である。ｖ ＾ ｋ-1｜ｋ-1は、推定状態量ｘ＾ ｋ-1｜ｋ-1から取り出した衛星信号受信装置Ｒｘの速度ベクトルである。Δｔは、時刻ｋ−１と時刻ｋの間の時間である。数式８及び数式９は等価な式であり、計算処理のし易さに応じて選択する。
p ^ k | k is the positioning position of the satellite signal receiving device Rx extracted from the estimated state quantity x ^ k | k calculated in the update process of the Kalman filter. p ^ k | k-1 is the predicted position of the satellite signal receiving device Rx extracted from the estimated state quantity x ^ k | k-1 . p ^ k-1 | k-1 is the positioning position of the satellite signal receiving device Rx extracted from the estimated state quantity x ^ k-1 | k-1 . v ^ k-1 | k-1 is a velocity vector of the satellite signal receiving device Rx extracted from the estimated state quantity x ^ k-1 | k-1 . Δt is the time between time k−1 and time k.
本発明の速度ベクトル誤差量の計算方法を図７に示す。 FIG. 7 shows a method of calculating the velocity vector error amount according to the present invention.
速度計算部４２は、速度ベクトルｖの計算で用いた数式２の時刻ｋにおける観測モデルＨｋを用いて、ＨＤＯＰｖも計算する（ステップＳ３）。ＨＤＯＰｖは、“Ｈｏｌｉｚｏｎｔａｌ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ Ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ”の頭文字をつなぎ合わせた言葉であり、測位衛星の水平面上での空間的なばらつき指標であることを意味する。ＤＯＰの計算方法は、ＧＰＳ分野では一般的であり、ＥＣＥＦ（Ｅａｒｔｈ−Ｃｅｎｔｅｒｅｄ、Ｅａｒｔｈ−Ｆｉｘｅｄ）座標系から、測位位置を座標の原点とするＥＮＵ（Ｌｏｃａｌ Ｅａｓｔ、Ｎｏｒｔｈ、Ｕｐ）座標系へと、観測モデルＨｋを座標系変換し、変換後の行列と転置後の行列を乗算し、乗算後の行列の逆行列を計算し、対角成分の目的要素を加算して平方根をとる。また、ＨＤＯＰｖの添え字のＶは、速度ベクトルｖのＨＤＯＰという意味である。つまり、ＨＤＯＰｖは、速度ベクトルｖを計算するために用いた測位衛星の水平面上での空間的なばらつき指標であることを意味する。 The speed calculation unit 42 also calculates HDOP v by using the observation model H k at the time k in Expression 2 used in the calculation of the speed vector v (step S3). HDOP v is a word formed by concatenating the initials of “Horizontal Division Of Precision” and means a spatial variation index on the horizontal plane of the positioning satellite. The calculation method of DOP is common in the GPS field. From the ECEF (Earth-Centered, Earth-Fixed) coordinate system to the ENU (Local East, North, Up) coordinate system in which the positioning position is the origin of coordinates, The observation model Hk is transformed into the coordinate system, the transformed matrix and the transposed matrix are multiplied, the inverse matrix of the matrix after multiplication is calculated, and the objective element of the diagonal component is added to obtain the square root. In addition, V subscript of HDOP v is a sense that the HDOP of the velocity vector v. That is, HDOP v means a spatial variation index on the horizontal plane of the positioning satellite used for calculating the velocity vector v.
速度ベクトル誤差量計算部４４は、衛星測位に利用可能な測位衛星数が、所定閾値以下であるかどうか確認する（ステップＳ４）。所定閾値は、例えば、５衛星と定義される。 The velocity vector error amount calculation unit 44 checks whether or not the number of positioning satellites that can be used for satellite positioning is equal to or less than a predetermined threshold value (step S4). The predetermined threshold is defined as 5 satellites, for example.
衛星測位に利用可能な測位衛星数が、所定閾値以下であるときは（ステップＳ４においてＹＥＳ）、速度ベクトル誤差量の計算方法が実行される（ステップＳ５、ステップＳ６）。衛星測位に利用可能な測位衛星数が、所定閾値より多いときは（ステップＳ４においてＮＯ）、速度ベクトル誤差量の計算方法が実行されない。 When the number of positioning satellites that can be used for satellite positioning is equal to or less than a predetermined threshold (YES in step S4), a speed vector error amount calculation method is executed (steps S5 and S6). When the number of positioning satellites available for satellite positioning is greater than the predetermined threshold (NO in step S4), the speed vector error amount calculation method is not executed.
以下の説明では、衛星測位に利用可能な測位衛星数が、所定閾値以下であるとき（ステップＳ４においてＹＥＳ）を想定する。 In the following description, it is assumed that the number of positioning satellites that can be used for satellite positioning is equal to or less than a predetermined threshold (YES in step S4).
速度ベクトル誤差量計算部４４は、以下に示す数式１０を用いて、｜ｓｉｎθｋ｜を計算する（ステップＳ５）。
ｖ＾ ｋ｜ｋは、推定状態量ｘ＾ ｋ｜ｋから取り出した衛星信号受信装置Ｒｘの速度ベクトルである。εｋは、数式８又は数式９で計算された差分ベクトルである。｜・｜は絶対値の操作を表し、｜｜・｜｜は、ノルム計算の操作を表す。
v ^ k | k is a velocity vector of the satellite signal receiving device Rx extracted from the estimated state quantity x ^ k | k . ε k is a difference vector calculated by Equation 8 or
速度ベクトル誤差量計算部４４は、以下に示す数式１１を用いて、速度ベクトル誤差量σｖを計算する（ステップＳ６）。ＨＤＯＰｖは、速度計算部４２がステップＳ３で計算したものである。σｃｖは、速度観測誤差定数（例えば、１．９ｍ／ｓ＝観測誤差１０Ｈｚ×搬送波の波長０．１９ｍ）である。
ＨＤＯＰｖは、速度ベクトル誤差量σｖが大きくなり過ぎることを防ぐ目的で、上限値（例えば、１０）を設ける。速度ベクトル誤差量σｖは、図４又は図５の速度ベクトルｖの劣化度合いであり、｜ｓｉｎθｋ｜項の効果により、マルチパスが及ぼす影響が小さい図４の状況からマルチパスが及ぼす影響が大きい図５の状況へと近づくほど、大きくなる。 HDOP v has an upper limit (for example, 10) for the purpose of preventing the velocity vector error amount σ v from becoming too large. The velocity vector error amount σ v is the degree of deterioration of the velocity vector v in FIG. 4 or FIG. 5, and the influence of the multipath is less influenced by the multipath due to the effect of | sin θ k | The closer to the larger situation in FIG.
本発明の誤差楕円の計算方法を図８に示す。 The error ellipse calculation method of the present invention is shown in FIG.
誤差楕円計算部４５は、以下に示す数式１２を用いて、上述のプロセス雑音Ｑｋに代わる新たなプロセス雑音Ｗｋを計算する（ステップＳ７）。
数式１２の右辺第１項は、差分ベクトル計算部４３がステップＳ２で計算した、εｋが関わる項である。数式１２の右辺第２項は、速度ベクトル誤差量計算部４４がステップＳ６で計算した、σｖが関わる項である。ｄｉａｇＬは、ＥＮＵ座標系での対角行列である。ＴＬ→Ｇは、ＥＮＵ座標系からＥＣＥＦ座標系への座標系変換行列である。
The first term on the right side of Equation 12 is a term related to ε k calculated by the difference
ここで、速度ベクトル誤差量σｖは、ＥＮＵ座標系の水平面（Ｅａｓｔ−Ｎｏｒｔｈ平面）で表されている。一方で、差分ベクトルεｋは、ＥＣＥＦ座標系で表されている。そこで、数式１２において、座標系を統一するため、速度ベクトル誤差量σｖに対して、ＥＮＵ座標系からＥＣＥＦ座標系への座標系変換を行なうのである。 Here, the velocity vector error amount σ v is represented by a horizontal plane (East-North plane) of the ENU coordinate system. On the other hand, the difference vector ε k is expressed in the ECEF coordinate system. Therefore, in Formula 12, in order to unify the coordinate system, the coordinate system conversion from the ENU coordinate system to the ECEF coordinate system is performed on the velocity vector error amount σ v .
なお、ステップＳ４においてＮＯとなり、速度ベクトル誤差量σｖの計算方法が実行されないときは、数式１２において速度ベクトル誤差量σｖはゼロになる。 Note that is NO in step S4, when the method of calculating the velocity vector error quantity sigma v is not performed, the speed vector error quantity sigma v in Equation 12 becomes zero.
誤差楕円計算部４５は、以下に示す数式１３〜１５を用いて、誤差楕円用の誤差共分散行列Ｐ〜 ｋ｜ｋを計算する（ステップＳ８）。数式１３〜１５では、数式４、６、７と異なり、位置ｐを状態量とするが、速度ベクトルｖ、時計誤差及び時計誤差ドリフトを状態量としない。このため、数式１３では、数式４と異なり、数式１２で算出した新たなプロセス雑音Ｗｋを採用しており、数式４で採用したプロセス雑音Ｑｋを採用していない。また、数式１４及び数式１５のＨｋ,pとＲｋ,pは、数式２のＨｋとＲｋから位置ｐに関する成分のみを取り出した行列である。さらに、英文字の上部にチルダ（〜）を付けた行列は、誤差楕円用の行列であることを表す。
誤差楕円計算部４５は、数式１６〜１９を用いて、誤差楕円の軸方向及び径の長さを計算する（ステップＳ９）。
σ２ Ｅ、σ２ ＥＮ、σ２ ＥＵ、σ２ ＮＥ、σ２ Ｎ、σ２ ＮＵ、σ２ ＵＥ、σ２ ＵＮ、σ２ Ｕは、ＥＮＵ座標系での誤差楕円用の誤差共分散行列の各種成分である。ＴＧ→Ｌは、ＥＣＥＦ座標系からＥＮＵ座標系への座標系変換行列である。ｘは、測位位置を座標の原点とするＥＮＵ座標系での誤差楕円の円周である。ｒは、真位置が誤差楕円の内部に存在する確率に依存するパラメータであり、例えば、当該確率＝９５％であれば、ｒ＝２．４である。ｕＥ、ｕＮは、ｘの成分であり、数式１７で求められる（ｕＥ、ｕＮ）Ｔをプロットすることで、図１で示したようなＥＮＵ座標系のＥ−Ｎ平面での誤差楕円を描画できる。 σ 2 E , σ 2 EN , σ 2 EU , σ 2 NE , σ 2 N , σ 2 NU , σ 2 UE , σ 2 UN , σ 2 U are error covariance matrices for error ellipses in the ENU coordinate system Of various components. TG → L is a coordinate system conversion matrix from the ECEF coordinate system to the ENU coordinate system. x is the circumference of the error ellipse in the ENU coordinate system with the positioning position as the origin of coordinates. r is a parameter that depends on the probability that the true position exists inside the error ellipse. For example, if the probability is 95%, then r = 2.4. u E and u N are components of x, and by plotting (u E , u N ) T obtained by Expression 17, an error in the EN plane of the ENU coordinate system as shown in FIG. An ellipse can be drawn.
λｉは、ＥＮＵ座標系のＥ−Ｎ平面での誤差楕円用の誤差共分散行列の固有値である。（Ｘｉ、Ｙｉ）Ｔは、ＥＮＵ座標系のＥ−Ｎ平面での誤差楕円用の誤差共分散行列の固有ベクトルである。数式１９によって、前記固有値λｉと前記固有ベクトル（Ｘｉ、Ｙｉ）Ｔから、誤差楕円の長軸及び短軸の軸方向並びに長半径及び短半径の長さを計算する。ここで、λ１≧λ２であるから、ｒ√λ１は、ＥＮＵ座標系のＥ−Ｎ平面での誤差楕円の長半径の長さとなり、ｒ√λ２は、ＥＮＵ座標系のＥ−Ｎ平面での誤差楕円の短半径の長さになる。 λ i is an eigenvalue of the error covariance matrix for the error ellipse on the EN plane of the ENU coordinate system. (X i , Y i ) T is an eigenvector of an error covariance matrix for an error ellipse on the EN plane of the ENU coordinate system. From the eigenvalue λ i and the eigenvector (X i , Y i ) T , the axial direction of the major axis and minor axis of the error ellipse and the lengths of the major radius and minor radius are calculated by Equation 19. Here, since λ 1 ≧ λ 2 , r√λ 1 is the length of the major radius of the error ellipse in the EN plane of the ENU coordinate system, and r√λ 2 is E− of the ENU coordinate system. This is the length of the short radius of the error ellipse on the N plane.
つまり、誤差楕円計算部４５は、数式１６〜１９を用いて、ＥＮＵ座標系のＥ−Ｎ平面での誤差楕円用の誤差共分散行列の固有ベクトル及び固有値を計算することにより、ＥＮＵ座標系のＥ−Ｎ平面での誤差楕円の軸方向及び径の長さを計算することができる。
That is, the error
誤差楕円計算部４５は、位置計算部４１での衛星信号受信装置Ｒｘの位置算出時にて、２次元測位演算が行なわれているかどうか確認する（ステップＳ１０）。２次元測位演算は、ＥＮＵ座標系での高さ方向（Ｕｐ軸）の位置を固定して位置計算する手法であり、測位衛星数が３衛星程度と少ない場合に実施される。２次元測位演算は、ＧＰＳ分野では一般的な手法であり、測位衛星数が少ない時に位置を求めることができるというメリットがあるが、求めた位置の誤差が固定する高さ方向の位置誤差に比例して大きくなるというデメリットもある。
The error
２次元測位演算が行なわれるときは（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、２次元測位演算時における誤差楕円の補正方法が実行される（ステップＳ１１）。２次元測位演算が行なわれないときは（ステップＳ１０においてＮＯ）、２次元測位演算時における誤差楕円の補正方法が実行されない。 When the two-dimensional positioning calculation is performed (YES in step S10), the error ellipse correction method during the two-dimensional positioning calculation is executed (step S11). When the two-dimensional positioning calculation is not performed (NO in step S10), the error ellipse correction method during the two-dimensional positioning calculation is not executed.
以下の説明では、２次元測位演算が行なわれるとき（ステップＳ１０においてＹＥＳ）を想定する。 In the following description, it is assumed that a two-dimensional positioning calculation is performed (YES in step S10).
誤差楕円計算部４５は、数式２０を用いて、誤差楕円を補正する（ステップＳ１１）。
つまり、誤差楕円計算部４５は、位置計算部４１にて測位衛星数が少なく、２次元測位演算が行なわれたときに、水平面（Ｅ−Ｎ平面）での誤差楕円の長半径及び短半径の長さを、測位衛星数に反比例する補正係数βを乗じた高さ方向（Ｕｐ軸）の誤差分散で補正する。２次元測位演算では、高さ方向の位置を固定するという演算手法の特性上、高さ方向の位置誤差が水平面での位置誤差として現れるという特徴があるため、高さ方向の誤差分散を使用して、誤差楕円の水平面の長半径及び短半径を補正する。
In other words, the error
本発明の誤差楕円の計算方法の全体構成を図９に示す。 FIG. 9 shows the overall configuration of the error ellipse calculation method of the present invention.
ステップＳ２１の予測過程について説明する。この予測過程は、前回の更新過程で計算した推定状態量ｘ＾ ｋ−１｜ｋ−１及び誤差共分散行列Ｐｋ−１｜ｋ−１を入力し、さらにプロセス雑音Ｑｋを入力する。次に、入力した各種情報をカルマンフィルタの予測過程の数式３、４に適用し、推定状態量ｘ＾ ｋ｜ｋ−１及び誤差共分散行列Ｐｋ｜ｋ−１を計算し出力する。 The prediction process in step S21 will be described. In this prediction process, the estimated state quantity x ^ k-1 | k-1 calculated in the previous updating process and the error covariance matrix Pk-1 | k-1 are input, and further, the process noise Qk is input. Next, the inputted various information is applied to Equations 3 and 4 of the Kalman filter prediction process to calculate and output an estimated state quantity x ^ k | k-1 and an error covariance matrix Pk | k-1 .
ステップＳ２２の更新過程について説明する。この更新過程は、ステップＳ２１の予測過程で計算した推定状態量ｘ＾ ｋ｜ｋ−１及び誤差共分散行列Ｐｋ｜ｋ−１を入力し、さらに観測量ｚｋ及び観測雑音Ｒｋを入力する。次に、入力した各種情報をカルマンフィルタの更新過程の数式５〜７に適用し、推定状態量ｘ＾ ｋ｜ｋ及び誤差共分散行列Ｐｋ｜ｋを計算し出力する。 The update process in step S22 will be described. In this updating process, the estimated state quantity x ^ k | k−1 and the error covariance matrix P k | k−1 calculated in the prediction process in step S21 are input, and the observation quantity z k and the observation noise R k are input. To do. Next, the input various information is applied to Equations 5 to 7 in the Kalman filter update process, and the estimated state quantity x ^ k | k and the error covariance matrix Pk | k are calculated and output.
ステップＳ２３の計算過程について説明する。この計算過程は、ステップＳ２１の予測過程で計算した推定状態量ｘ＾ ｋ｜ｋ−１を入力し、さらにステップＳ２２の更新過程で計算した推定状態量ｘ＾ ｋ｜ｋを入力する。入力した各種推定状態量から衛星信号受信装置Ｒｘの位置p ＾ ｋ｜ｋ、 p ＾ ｋ｜ｋ-1及び速度ベクトルｖ ＾ ｋ｜ｋを取り出す。次に、取り出した各種情報を数式８〜１２に適用し、εｋ、｜ｓｉｎθｋ｜、σｖ及び上述のプロセス雑音Ｑｋに代わる新たなプロセス雑音Ｗｋを計算し、プロセス雑音Ｗｋを出力する。 The calculation process in step S23 will be described. In this calculation process, the estimated state quantity x ^ k | k-1 calculated in the prediction process of step S21 is input, and the estimated state quantity x ^ k | k calculated in the update process of step S22 is further input. The position p ^ k | k , p ^ k | k-1 and velocity vector v ^ k | k of the satellite signal receiving device Rx are extracted from the various estimated state quantities input. Next, the extracted various pieces of information are applied to Equations 8 to 12, and ε k , | sin θ k |, σ v and a new process noise W k that replaces the process noise Q k described above are calculated, and the process noise W k is calculated. Output.
ステップＳ２４の誤差楕円の予測過程について説明する。この誤差楕円の予測過程は、前回の更新過程で計算した誤差楕円用の誤差共分散行列Ｐ~ｋ-1｜ｋ−１を入力し、さらにステップＳ２３の計算過程で計算した新たなプロセス雑音Ｗｋを入力する。次に、入力した情報を数式１３に適用し、誤差楕円用の誤差共分散行列Ｐ~ｋ｜ｋ−１を計算し出力する。 The error ellipse prediction process in step S24 will be described. In this error ellipse prediction process, the error covariance matrix P˜k−1 | k−1 for the error ellipse calculated in the previous update process is input, and a new process noise W calculated in the calculation process in step S23 is input. Enter k . Next, the input information is applied to Equation 13, and an error covariance matrix P˜k | k−1 for error ellipse is calculated and output.
ステップＳ２５の誤差楕円の更新過程について説明する。この誤差楕円の更新過程は、ステップＳ２４の誤差楕円の予測過程で計算した誤差楕円用の誤差共分散行列Ｐ~ｋ｜ｋ−１を入力し、さらに観測雑音Ｒｋを入力する。入力した観測雑音Ｒｋから位置ｐに関する成分のみを取り出す。次に、入力した情報及び取り出した情報を数式１４、１５に適用し、誤差楕円用の誤差共分散行列Ｐ~ｋ｜ｋを計算し出力する。 The process of updating the error ellipse in step S25 will be described. In this error ellipse update process, the error ellipse error covariance matrix P˜k | k−1 calculated in the error ellipse prediction process in step S24 is input, and the observation noise R k is also input. Taking out only a component about the position p of the observation noise R k entered. Next, the input information and the extracted information are applied to Equations 14 and 15, and an error covariance matrix P˜k | k for the error ellipse is calculated and output.
ステップＳ２６の誤差楕円の軸方向及び径の長さの計算過程について説明する。ステップＳ２６の計算過程は、ステップＳ２５の誤差楕円の再更新過程で計算した誤差楕円用の誤差共分散行列Ｐ~ｋ｜ｋを入力する。次に、入力した情報を数式１６〜１９に適用し、誤差楕円の軸方向及び径の長さを計算する。また、２次元測位演算が行われていれば、数式２０によって、誤差楕円の径の長さを補正する。計算された誤差楕円の軸方向及び径の長さは、衛星信号受信装置Ｒｘを使用するユーザ側に外部出力される。
The calculation process of the axial direction and the diameter length of the error ellipse in step S26 will be described. In the calculation process in step S26, the error covariance matrix P˜k | k for the error ellipse calculated in the error ellipse re-update process in step S25 is input. Next, the input information is applied to Equations 16 to 19 to calculate the axial direction and the diameter length of the error ellipse. If the two-dimensional positioning calculation is performed, the length of the diameter of the error ellipse is corrected by
本発明及び比較例の誤差楕円の時系列グラフを図１０に示す。図１０に示した時系列グラフは、衛星信号受信装置Ｒｘの搭載車両が図２のような高架下を走行時の、誤差楕円の時系列グラフである。「位置誤差」は、測位位置と真位置間の距離を示す。「従来誤差楕円」は、従来技術の誤差楕円の長半径を示す。「本発明誤差楕円」は、本発明の誤差楕円の長半径を示す。 FIG. 10 shows a time series graph of the error ellipse of the present invention and the comparative example. The time series graph shown in FIG. 10 is a time series graph of an error ellipse when the vehicle on which the satellite signal receiving device Rx is mounted travels under the overhead as shown in FIG. “Position error” indicates the distance between the positioning position and the true position. “Conventional error ellipse” indicates the major radius of the conventional error ellipse. “Invention error ellipse” indicates the major radius of the error ellipse of the present invention.
誤差楕円は、以下の条件を満たすことが理想的である。（１）誤差楕円は位置誤差を上回ること。誤差楕円が位置誤差を下回れば、測位位置の誤差が大きいにも関わらず、ユーザは測位位置の誤差が実際より小さいと認識してしまう。（２）誤差楕円は位置誤差を過剰に上回らず少しだけ上回ること。誤差楕円が位置誤差を過剰に上回れば、測位位置の誤差が小さいにも関わらず、ユーザは測位位置の誤差が実際より大きすぎると認識してしまう。 Ideally, the error ellipse satisfies the following conditions. (1) The error ellipse must exceed the position error. If the error ellipse falls below the position error, the user recognizes that the positioning position error is smaller than the actual position error, even though the positioning position error is large. (2) The error ellipse should be slightly higher than the position error. If the error ellipse exceeds the position error excessively, the user recognizes that the positioning position error is too large, even though the positioning position error is small.
従来の誤差楕円は、測位時刻２３：１７：３７以降において、位置誤差を下回っているため、上述の条件を満たしておらず理想的ではない。本発明の誤差楕円は、測位時刻２３：１７：３７以降を含めて、時系列の全測位時刻において、位置誤差を少しだけ上回っているため、上述の条件を満たしており理想的である。 The conventional error ellipse is less than the position error after the positioning time 23:17:37, and therefore does not satisfy the above-described condition and is not ideal. The error ellipse of the present invention slightly exceeds the position error at all time-series positioning times including after the positioning time 23:17:37, and is ideal because it satisfies the above-described conditions.
以上に説明の事項は、以下のようにまとめられる。 The matters described above can be summarized as follows.
本発明では、マルチパスが測位位置に及ぼす影響が大きいほど、差分ベクトルεｋが長くなり、差分ベクトルεｋが長いほど、差分ベクトルεｋを用いて算出したプロセス雑音Ｗｋが大きくなり、プロセス雑音Ｗｋを用いて算出した誤差楕円が大きくなるため、マルチパスが測位位置に及ぼす影響を測位位置の誤差楕円に対してよりよく反映させることができる。 In the present invention, as the multipath is great influence on the measured position difference vector epsilon k becomes longer, as the difference vector epsilon k is long, the process noise W k increases calculated by using the difference vector epsilon k, the process Since the error ellipse calculated using the noise W k becomes large, it is possible to better reflect the influence of the multipath on the positioning position on the positioning position error ellipse.
そして、マルチパスが測位位置に及ぼす影響が大きいほど、差分ベクトルεｋと速度ベクトルｖ＾ ｋ｜ｋのなすベクトル間角度θｋが９０°又が２７０°に近くなり、ベクトル間角度θｋが９０°又が２７０°に近いほど、ベクトル間角度θｋを用いて算出した速度ベクトル誤差量σｖが大きくなり、速度ベクトル誤差量σｖを用いて算出したプロセス雑音Ｗｋが大きくなり、プロセス雑音Ｗｋを用いて算出した誤差楕円が大きくなるため、マルチパスが測位位置に及ぼす影響を測位位置の誤差楕円に対してよりよく反映させることができる。 As the influence of the multipath on the positioning position is larger, the inter-vector angle θ k formed by the difference vector ε k and the velocity vector v ^ k | k becomes closer to 90 ° or 270 °, and the inter-vector angle θ k becomes smaller. As the angle is closer to 90 ° or 270 °, the velocity vector error amount σ v calculated using the inter-vector angle θ k increases, and the process noise W k calculated using the velocity vector error amount σ v increases. Since the error ellipse calculated using the noise W k becomes large, it is possible to better reflect the influence of the multipath on the positioning position on the positioning position error ellipse.
さらに、測位演算に利用可能な測位衛星数が少なく、ＥＮＵ座標系の高さ方向（Ｕｐ軸）の測位位置を固定する２次元測位演算を行なうときに、ＥＮＵ座標系の水平面（Ｅ−Ｎ平面）の誤差楕円の長半径及び短半径を、ＥＮＵ座標系の高さ方向（Ｕｐ軸）における誤差楕円の誤差分散で補正することで、誤差楕円を大きくすることができる。逆に、測位演算に利用可能な測位衛星数が多く、ＥＮＵ座標系の高さ方向（Ｕｐ軸）の測位位置を固定しない３次元測位演算を行なうときは、ＥＮＵ座標系の水平面（Ｅ−Ｎ平面）の誤差楕円の長半径及び短半径を、ＥＮＵ座標系の高さ方向（Ｕｐ軸）における誤差楕円の誤差分散で補正しないため、誤差楕円を大きくし過ぎないようにすることができる。 Further, when performing two-dimensional positioning calculation for fixing the positioning position in the height direction (Up axis) of the ENU coordinate system, the number of positioning satellites that can be used for positioning calculation is small, and the horizontal plane (EN plane) of the ENU coordinate system. The error ellipse can be enlarged by correcting the major radius and minor radius of the error ellipse with the error variance of the error ellipse in the height direction (Up axis) of the ENU coordinate system. Conversely, when there are a large number of positioning satellites that can be used for positioning calculation, and when performing three-dimensional positioning calculation without fixing the positioning position in the height direction (Up axis) of the ENU coordinate system, the horizontal plane (EN) of the ENU coordinate system is used. Since the major ellipse and minor radius of the error ellipse in the plane are not corrected by the error variance of the error ellipse in the height direction (Up axis) of the ENU coordinate system, the error ellipse can be prevented from becoming too large.
本発明の衛星信号受信装置は、マルチパスが測位位置に及ぼす影響を測位位置の誤差楕円に対してよりよく反映させることができる。 The satellite signal receiving apparatus of the present invention can better reflect the influence of the multipath on the positioning position on the error ellipse of the positioning position.
Ｒｘ：衛星信号受信装置
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４：測位衛星
Ｅｌ：高架構造
Ｒｆ：反射物体
１：信号受信部
２：追尾処理部
３：復調処理部
４：測位演算部
２１：擬似距離観測部
２２：ドップラー周波数観測部
２３：航法データ抽出部
４１：位置計算部
４２：速度計算部
４３：差分ベクトル計算部
４４：速度ベクトル誤差量計算部
４５：誤差楕円計算部
Rx: Satellite signal receiving devices S1, S2, S3, S4: Positioning satellite El: Elevated structure Rf: Reflecting object 1: Signal receiving unit 2: Tracking processing unit 3: Demodulation processing unit 4: Positioning calculation unit 21: Pseudo distance observation unit 22: Doppler frequency observation unit 23: navigation data extraction unit 41: position calculation unit 42: velocity calculation unit 43: difference vector calculation unit 44: velocity vector error amount calculation unit 45: error ellipse calculation unit
Claims (3)
自装置と測位衛星の間の擬似距離を観測する擬似距離観測部と、
前記擬似距離観測部が観測した擬似距離に基づいて、測位時刻より過去の時刻において、当該測位時刻における自装置の予測位置を予測した後に、当該測位時刻において、当該測位時刻における自装置の測位位置を更新する位置計算部と、
前記位置計算部が当該測位時刻より過去の時刻において予測した、当該測位時刻における自装置の予測位置と、前記位置計算部が当該測位時刻において更新した、当該測位時刻における自装置の測位位置と、の差分ベクトルを計算する差分ベクトル計算部と、
前記差分ベクトル計算部が計算した差分ベクトルが長いほど、当該測位時刻において、当該測位時刻における誤差楕円を大きく計算する誤差楕円計算部と、
を備えることを特徴とする衛星信号受信装置。 A satellite signal receiving device that performs positioning calculation,
A pseudorange observation unit for observing a pseudorange between the own device and the positioning satellite;
Based on the pseudo distance observed by the pseudo distance observing unit, after predicting the predicted position of the own device at the positioning time at a time past the positioning time, the positioning position of the own device at the positioning time at the positioning time. A position calculation unit for updating
The position calculation unit predicted at the past time from the positioning time, the predicted position of the own device at the positioning time, and the position calculation unit updated at the positioning time, the positioning position of the own device at the positioning time, A difference vector calculation unit for calculating the difference vector of
As the difference vector calculated by the difference vector calculation unit is longer, an error ellipse calculation unit that calculates a larger error ellipse at the positioning time at the positioning time;
A satellite signal receiving apparatus comprising:
前記ドップラー周波数観測部が観測したドップラー周波数に基づいて、当該測位時刻において、当該測位時刻における自装置の速度ベクトルを計算する速度計算部と、
前記差分ベクトル計算部が計算した差分ベクトルと、前記速度計算部が計算した速度ベクトルと、のなすベクトル間角度を計算し、計算したベクトル間角度に基づいて、速度ベクトル誤差量を計算する速度ベクトル誤差量計算部と、
をさらに備え、
前記誤差楕円計算部は、前記速度ベクトル誤差量計算部が計算したベクトル間角度が９０°又は２７０°に近いほど、当該測位時刻において、当該測位時刻における誤差楕円を大きく計算することを特徴とする、請求項１に記載の衛星信号受信装置。 A Doppler frequency observation unit for observing the Doppler frequency between the own device and the positioning satellite;
Based on the Doppler frequency observed by the Doppler frequency observation unit, at the positioning time, a speed calculation unit that calculates the speed vector of the device at the positioning time;
A velocity vector that calculates an angle between vectors formed by the difference vector calculated by the difference vector calculation unit and a velocity vector calculated by the velocity calculation unit, and calculates a velocity vector error amount based on the calculated angle between vectors. An error amount calculation unit;
Further comprising
The error ellipse calculator calculates a larger error ellipse at the positioning time as the vector angle calculated by the velocity vector error amount calculator is closer to 90 ° or 270 °. The satellite signal receiver according to claim 1.
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