JP2020012779A

JP2020012779A - 測位装置、測位方法、および、測位プログラム

Info

Publication number: JP2020012779A
Application number: JP2018136591A
Authority: JP
Inventors: 洋史高山; Hiroshi Takayama
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2020-01-23

Abstract

【課題】測位の補強情報の元となる基準局が切り替わっても、補強情報を用いた測位を継続的に行う。【解決手段】測位装置は、距離算出部、基準局選択部、局部補強情報取得部、および、測位部を備える。距離算出部は、受信した測位信号を用いて、複数の基準局と自装置との距離をそれぞれに算出する。基準局選択部は、複数の基準局のヘルス情報と距離とを用いて、測位で利用する基準局を選択する。局部補強情報取得部は、選択する基準局を含む複数の基準局の局部補強情報を取得して記憶する。測位部は、選択する基準局の変更が生じると、新たに選択する基準局の局部補強情報を、記憶している複数の局部補強情報から抽出して、測位を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、測位用の補強情報を利用した測位技術に関する。

現在、みちびき等のサブメータ級測位補強システムが実用化されている。非特許文献１に示すように、実用化されているサブメータ級測位補強サービスでは、基準局の選択の推奨アルゴリズムとして、次の２つの項目が定められている。

１．最も近い基準局を選択する。

２．その基準局がアンヘルスであれば、２番目に近い基準局を選択する。

みちびきユーザインターフェース仕様書ＩＳ−ＱＺＳＳ−ＬＩＳ−００２５．５．２（ｈｔｔｐ：／／ｑｚｓｓ．ｇｏ．ｊｐ／ｔｅｃｈｎｉｃａｌ／ｄｏｗｎｌｏａｄ／ｉｓ＿ｑｚｓｓ＿１１ｓ＿００１＿ａｇｒｅｅ．ｈｔｍｌ）

しかしながら、従来の基準局の選択の推奨アルゴリズムを用いると、最も近い基準局がヘルスからアンヘルスに切り替わった時、測位装置が移動して最も近い基準局が切り替わった時等、測位の補強情報の元となる基準局が切り替わった時に、一時的に補強情報を用いた測位ができなくなってしまう。

したがって、本発明は、測位の補強情報の元となる基準局が切り替わっても、補強情報を用いた測位を継続的に行うことを可能にすることを目的としている。

この発明の測位装置は、距離算出部、基準局選択部、局部補強情報取得部、および、測位部を備える。距離算出部は、受信した測位信号を用いて、複数の基準局と自装置との距離をそれぞれに算出する。基準局選択部は、複数の基準局のヘルス情報と距離とを用いて、測位で利用する基準局を選択する。局部補強情報取得部は、選択する基準局を含む複数の基準局の局部補強情報を取得して記憶する。測位部は、選択する基準局の変更が生じると、新たに選択する基準局の局部補強情報を、記憶している複数の局部補強情報から抽出して、測位を行う。

この構成では、複数の基準局の局部補強情報が記憶されているので、測位で利用する基準局が切り替わっても、切り替わり後の基準局の局部補強情報を、即座に測位に利用できる。

この発明によれば、測位の補強情報の元となる基準局が切り替わっても、補強情報を用いた測位を継続的に行うことができる。

本発明の実施形態に係る測位装置の機能ブロック図である。本発明の実施形態に係る測位装置を含む測位システムの概要を示す図である。（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施形態に係る基準局（局部補強情報）の切り替えの概念を示す図である。本発明の実施形態に係る測位方法の第１態様を示すフローチャートである。図４に示す、選択する基準局を判断する処理のフローチャートである。本発明の実施形態に係る測位方法の第２態様を示すフローチャートである。図６に示す、選択する基準局を判断する処理のフローチャートである。

本発明の実施形態に係る測位装置、測位方法、および、測位プログラムについて、図を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る測位装置の機能ブロック図である。図２は、本発明の実施形態に係る測位装置を含む測位システムの概要を示す図である。

（測位システム１の概要）
測位装置１０は、図２に示すような測位システム１で得られる各種の情報を用いて、測位を行う。図２に示すように、測位システム１は、基準局９１、基準局９２、基準局９３、測位衛星８１、および、複数の測位衛星８２を備える。なお、図２では、測位衛星８１は１機しか記載しておらず、測位衛星８２は、２機ずつしか記載していないが、測位衛星８１は、複数機存在してもよい。また、測位衛星８２は、測位衛星８１を含めて４機以上であることが好ましい。また、図２では、基準局は３局しか記載していないが、基準局は４局以上であってもよい。

測位衛星８１は、例えば、準天頂衛星であり、測位信号ＳＳを送信している。測位衛星８１の測位信号ＳＳには、局部的な領域に有効な擬似距離の補正用である局部補強情報ＤＮが重畳されている。測位衛星８２は、一般的なＧＮＳＳ（ＧｒｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）の衛星であり、航法メッセージを重畳させた測位信号ＳＳを送信している。

基準局９１、基準局９２、および、基準局９３は、サブメータ級測位補強サービス（例えば、みちびき）の基準局である。基準局９１、基準局９２、および、基準局９３の設置位置は、サービスの仕様に基づいて決まっている。したがって、基準局９１、基準局９２、および、基準局９３の位置は、システムの仕様等に基づいて既知である。基準局９１、基準局９２、および、基準局９３は、測位衛星８２からの測位信号に基づいて測位を行う。この測位に測位衛星８１からの測位信号を用いてもよい。

基準局９１は、測位信号を用いて測位した位置と既知の位置とを用いて、擬似距離補正値を含む局部補強情報ＤＮ９１を生成する。基準局９１は、局部補強情報ＤＮ９１を、測位衛星８１に送信する。基準局９２は、測位信号を用いて測位した位置と既知の位置とを用いて、擬似距離補正値を含む局部補強情報ＤＮ９２を生成する。基準局９２は、局部補強情報ＤＮ９２を、測位衛星８１に送信する。基準局９３は、測位信号を用いて測位した位置と既知の位置とを用いて、擬似距離補正値を含む局部補強情報ＤＮ９３を生成する。基準局９３は、局部補強情報ＤＮ９３を、測位衛星８１に送信する。ここで、擬似距離補正値は、例えば、測位衛星の時計誤差、電離層遅延誤差、対流圏遅延誤差を含む誤差に基づく補正値として設定されている。測位衛星８１は、これら局部補強情報ＤＮ９１、局部補強情報ＤＮ９２、局部補強情報ＤＮ９３を含む局部補強情報ＤＮを生成し、測位信号ＳＳに重畳させる。測位衛星８１における局部補強情報ＤＮの生成、送信は、所定の周期で実行される。

（測位装置１０の概略的な処理）
測位装置１０は、概略的には、測位衛星８１、および、測位衛星８２からの測位信号ＳＳを受信して、測位を行う。測位装置１０は、測位衛星８１からの局部補強情報ＤＮを利用して測位（ディファレンシャル測位）を行う。この際、概略的には、測位装置１０は、次の処理にしたがって、測位を行う。

測位装置１０は、複数の基準局の局部補強情報を予め取得して記憶する。測位装置１０は、測位装置１０と基準局との距離と、基準局のヘルス情報とを用いて、複数の基準局の中から、測位に利用する基準局を、選択する。測位装置１０は、選択した基準局の局部補強情報を、測位に利用する局部補強情報として選択して測位を行う。

（測位装置１０の構成および処理）
図１に示すように、測位装置１０は、アンテナ２０、受信部３０、距離算出部４１、基準局選択部４２、局部補強情報取得部５０、および、測位部６０を備える。受信部３０は、例えば、電子部品、ＩＣ等によって実現される。距離算出部４１、基準局選択部４２、局部補強情報取得部５０、および、測位部６０は、例えば、それぞれの機能を実現するプログラムと、プログラムを記憶する記憶媒体と、プログラムを実行するＣＰＵ等の演算処理装置とによって実現される。

アンテナ２０は、測位衛星８１、および、測位衛星８２からの測位信号ＳＳを受波して、受信部３０に出力する。上述のように、測位衛星８１からの測位信号ＳＳには、局部補強情報ＤＮが重畳されている。また、測位衛星８１、および、測位衛星８２からの測位信号ＳＳには、航法メッセージが重畳されている。

受信部３０は、測位衛星８１、および、測位衛星８２の測位信号ＳＳを捕捉、追尾する。受信部３０は、測位衛星８１、および、測位衛星８２の測位信号ＳＳのコードを、測位部４０および距離算出部４１に出力する。受信部３０は、測位衛星８１の測位信号ＳＳのコードを、局部補強情報取得部５０に出力する。

距離算出部４１は、コードを用いて測位を行う。距離算出部４１で行われる測位は、距離算出用の単独測位である。距離算出部４１は、算出した測位装置１０の位置と基準局９１の位置とから、測位装置１０と基準局９１との距離ＤＩＳ１を算出する。距離算出部４１は、算出した測位装置１０の位置と基準局９２の位置とから、測位装置１０と基準局９２との距離ＤＩＳ２を算出する。距離算出部４１は、算出した測位装置１０の位置と基準局９３の位置とから、測位装置１０と基準局９３との距離ＤＩＳ３を算出する。距離算出部４１は、距離ＤＩＳ１、距離ＤＩＳ２、および距離ＤＩＳ３を、基準局選択部４２に出力する。

基準局選択部４２は、コードから航法メッセージを復調して、基準局９１、基準局９２、および、基準局９３のヘルス情報を取得する。そして、基準局選択部４２は、ヘルス情報から、基準局９１、基準局９２、および、基準局９３がヘルスかアンヘルスかを検出する。基準局がヘルスとは、例えば、基準局９１であれば、局部補強情報ＤＮ９１が測位に利用可能な状態であることを意味する。一方、基準局がアンヘルスとは、例えば、基準局９１であれば、局部補強情報ＤＮ９１が測位に利用不可な状態であることを意味する。

基準局選択部４２は、距離およびヘルス情報を用いて、測位に利用する基準局を選択する。具体的には、基準局選択部４２は、最も距離が近い基準局を選択する。基準局選択部４２は、選択した基準局がヘルスかアンヘルスかを検出する。基準局選択部４２は、選択した基準局がヘルスであれば、当該基準局を、測位に利用する基準局として選択する。

基準局選択部４２は、最も距離が近い基準局がアンヘルスであれば、二番目に距離が近い基準局を選択する。基準局選択部４２は、新たに選択した基準局（ここでは、二番目に距離が近い基準局）がヘルスであれば、当該基準局を、測位に利用する基準局として選択する。

以降、基準局選択部４２は、選択した基準局がアンヘルスであれば、次に距離が近い基準局を選択し、ヘルスかアンヘルスによる選択を行う処理を繰り返す。

基準局選択部４２は、測位に利用する基準局の情報を、測位部６０に出力する。

基準局選択部４２は、距離およびヘルス情報による選択の判断を、所定の周期で繰り返す。これにより、測位装置１０の移動によって最も近い基準局が切り替わる時、基準局のヘルス、アンヘルスが切り替わる時等、測位に利用する基準局が切り替わるイベントが発生すると、基準局選択部４２は、このイベントに応じて、測位に利用する基準局を切り替える。そして、基準局選択部４２は、切替によって、新たに選択した基準局の情報を、測位部６０に出力する。

局部補強情報取得部５０は、測位衛星８１の測位信号ＳＳのコードから、局部補強情報ＤＮを復調して、記憶する。この際、局部補強情報取得部５０は、基準局毎に局部補強情報ＤＮを記憶する。例えば、図２に示すシステムの場合、局部補強情報取得部５０は、基準局９１の局部補強情報ＤＮ９１、基準局９２の局部補強情報ＤＮ９２、および、基準局９３の局部補強情報ＤＮ９３を、それぞれに記憶する。

測位部６０は、測位衛星８１および測位衛星８２の測位信号ＳＳのコードを用いて、ディファレンシャル測位を行う。具体的には、測位部６０は、基準局選択部４２から測位に利用する基準局の情報を取得する。測位部６０は、測位に利用する基準局に対応する局部補強情報を、局部補強情報取得部５０から取得する。測位部６０は、取得した局部補強情報を用いて、ディファレンシャル測位を行う。

このような処理を行うことによって、測位部６０は、ヘルスである基準局の内、最も近い基準局の局部補強情報、すなわち、局部補強情報の内、測位装置１０に最も適する局部補強情報を用いて、ディファレンシャル測位を行うことができる。

これにより、測位装置１０は、高い精度の測位を行うことができる。さらに、測位装置１０は、上述の構成および処理を備えることによって、測位に利用する基準局が切り替わっても、継続的に、高い精度の測位を行うことができる。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、本発明の実施形態に係る基準局（局部補強情報）の切り替えの概念を示す図である。

図３（Ａ）の時、最も距離が近い基準局９１は、ヘルスである。この場合、基準局選択部４２は、基準局９１を、測位利用する基準局に選択する。測位部６０は、基準局９１に対応する局部補強情報ＤＮ９１を、局部補強情報取得部５０から取得する。測位部６０は、局部補強情報ＤＮ９１を用いて、ディファレンシャル測位を行う。

次に、図３（Ｂ）の時、最も距離が近い基準局９１は、アンヘルスであり、次に距離が近い基準局９２は、ヘルスである。この場合、基準局選択部４２は、基準局９２を、測位利用する基準局に選択する。測位部６０は、基準局９２に対応する局部補強情報ＤＮ９２を、局部補強情報取得部５０から取得する。測位部６０は、局部補強情報ＤＮ９２を用いて、ディファレンシャル測位を行う。この際、基準局９２に対応する局部補強情報ＤＮ９２は、局部補強情報取得部５０に、予め記憶されている。したがって、測位に利用する基準局が基準局９２に切り替わった後に、新たに局部補強情報ＤＮ９２を取得しなくてもよい。これにより、測位部６０は、高い精度の測位を、継続的に行うことできる。

上述の説明では、局部補強情報ＤＮの切り替えと測位演算を、それぞれ別の機能部で実現する態様を示した。しかしながら、これらの処理をプログラム化して記憶媒体に記憶しており、ＣＰＵ等の演算処理装置で実行するようにしてもよい。

この場合、図４、図５に示すフローチャートに基づいて、測位は実行される。図４は、本発明の実施形態に係る測位方法の第１態様を示すフローチャートである。図５は、図４に示す、選択する基準局を判断する処理のフローチャートである。なお、フローの各処理の具体的な内容は上述しているので、詳細な説明は省略する。

（第１態様）
測位装置１０（演算処理装置）は、複数の基準局の局部補強情報ＤＮを取得する（Ｓ１１）。測位装置１０は、測位装置１０と各基準局との距離ＤＩＳを算出する（Ｓ１２）。測位装置１０は、各基準局のヘルス情報を取得する（Ｓ１３）。

測位装置１０は、距離ＤＩＳとヘルス情報とに基づいて、選択する基準局（測位に利用する基準局）を判断する（Ｓ１４）。この際、測位装置１０は、図５に示す処理を行う。

測位装置１０は、距離が最も近い基準局（最短距離の基準局）を抽出する（Ｓ４１）。測位装置１０は、最短距離の基準局のヘルス情報を確認する（Ｓ４２）。測位装置１０は、ヘルスであれば（Ｓ４３：ＹＥＳ）、最短距離の基準局を、測位に利用する基準局として選択する（Ｓ４４）。一方、測位装置１０は、アンヘルスであれば（Ｓ４３：ＮＯ）、その時点での最短距離の基準局を、選択対象から除外する（Ｓ４５）。測位装置１０は、除外された基準局を除く基準局群から、最短距離の基準局を再抽出（Ｓ４６）、ステップＳ４２に戻る。

図４に戻り、測位装置１０は、選択した基準局に対応する局部補強情報ＤＮを用いて、測位を行う（Ｓ１５）。

上述の第１態様では、サブメータ級測位補強サービスの基準局による局部補強情報を必ず用いている。しかしながら、所望の選択基準を満たさない場合に、サブメータ級測位補強サービスの基準局を選択しないようにしてもよい。

図６は、本発明の実施形態に係る測位方法の第２態様を示すフローチャートである。図７は、図６に示す、選択する基準局を判断する処理のフローチャートである。なお、第２態様におけるステップＳ１１からステップＳ１３は、第１態様を同じであるので、説明は省略する。

測位装置１０は、距離ＤＩＳとヘルス情報とに基づいて、選択する基準局（測位に利用する基準局）を判断する（Ｓ１４）。この際、測位装置１０は、図７に示す処理を行う。

測位装置１０は、距離が最も近い基準局（最短距離の基準局）を抽出する（Ｓ５１）。測位装置１０は、最短距離の基準局のヘルス情報を確認する（Ｓ５２）。測位装置１０は、ヘルスであれば（Ｓ５３：ＹＥＳ）、最短距離の基準局を、測位に利用する基準局として選択する（Ｓ５４）。

一方、測位装置１０は、アンヘルスであれば（Ｓ５３：ＮＯ）、その時点での最短距離の基準局を、選択対象から除外する（Ｓ５５）。測位装置１０は、除外された基準局を除く基準局群から、最短距離の基準局を再抽出する（Ｓ５６）。

測位装置１０は、再抽出（再選択）した最短距離の基準局が、選択条件を満たせば（Ｓ５７：ＹＥＳ）、ステップＳ５２に戻り、ヘルス情報を確認する。測位装置１０は、再抽出（再選択）した最短距離の基準局が、選択条件を満たさなければ（Ｓ５７：ＮＯ）、基準局を選択しない（Ｓ５８）。なお、選択条件は、例えば、測位装置１０と基準局との距離であり、測位の精度や誤差に基づいて設定されている。測位装置１０は、測位装置１０と基準局との距離ＤＩＳが、測位の精度や誤差に基づいて設定された閾値以下であれば、選択条件を満たすと判断する。一方、測位装置１０は、距離ＤＩＳが閾値よりも大きければ、選択条件を満たさないと判断する。

図６に戻り、測位装置１０は、ディファレンシャル測位に適する基準局の有無、すなわち、ディファレンシャル測位に利用する基準局の有無を確認する。測位装置１０は、適する基準局があれば（Ｓ２１：ＹＥＳ）、選択した基準局に対応する局部補強情報ＤＮを用いて、測位を行う（Ｓ１５）。一方、測位装置１０は、適する基準局がなければ（Ｓ２１：ＮＯ）、他の補強情報（例えば、ＳＢＡＳ等の広域ディファレンシャル補強情報）を用いて測位を行う（Ｓ２２）。なお、この際、測位装置１０は、他の補強情報を予め取得して記憶しておくことで、精度に劣化を抑制しながら、継続的に測位を行うことができる。また、この際、他の補強情報も得られなければ、例えば、測位装置１０は、単独測位に切り替えることも可能である。

１：測位システム
１０：測位装置
２０：アンテナ
３０：受信部
４０：測位部
４１：距離算出部
４２：基準局選択部
５０：局部補強情報取得部
６０：測位部
８１、８２：測位衛星
９１、９２、９３：基準局
ＤＩＳ１、ＤＩＳ２、ＤＩＳ３：距離
ＤＮ、ＤＮ９１、ＤＮ９２：局部補強情報
ＤＮ９３：局部補強情報
ＳＳ：測位信号

Claims

受信した測位信号を用いて、複数の基準局と自装置との距離をそれぞれに算出する距離算出部と、
前記複数の基準局のヘルス情報と前記距離とを用いて、測位で利用する基準局を選択する基準局選択部と、
選択する基準局を含む複数の基準局の局部補強情報を取得して記憶する局部補強情報取得部と、
前記選択する基準局の変更が生じると、新たに選択する基準局の局部補強情報を、記憶している前記複数の局部補強情報から抽出して、測位を行う測位部と、
を備える、
測位装置。
請求項１に記載の測位装置であって、
前記基準局選択部は、
前記距離の近い順に、前記測位で利用する基準局を選択する、
測位装置。
請求項２に記載の測位装置であって、
前記基準局選択部は、
前記距離が最も近い基準局がアンヘルスになったことを検出すると、前記距離が二番目に近い基準局を選択する、
測位装置。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の測位装置であって、
前記測位部は、
前記測位に利用する基準局に該当する基準局がないことを検出すると、他のシステムの補強情報を利用して、測位を行う、
測位装置。
受信した測位信号を用いて、複数の基準局と自装置との距離をそれぞれに算出し、
前記複数の基準局のヘルス情報と前記距離とを用いて、測位で利用する基準局を選択し、
選択する基準局を含む複数の基準局の局部補強情報を取得して記憶し、
前記選択する基準局の変更が生じると、新たに選択する基準局の局部補強情報を、記憶している前記複数の局部補強情報から抽出して、測位を行う、
測位方法。
請求項５に記載の測位方法であって、
前記距離の近い順に、前記測位で利用する基準局を選択する、
測位方法。
請求項６に記載の測位方法であって、
前記距離が最も近い基準局がアンヘルスになったことを検出すると、前記距離が二番目に近い基準局を選択する、
測位方法。
請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の測位方法であって、
前記測位に利用する基準局に該当する基準局がないことを検出すると、他のシステムの補強情報を利用して、測位を行う、
測位方法。
受信した測位信号を用いて、複数の基準局と自装置との距離をそれぞれに算出し、
前記複数の基準局のヘルス情報と前記距離とを用いて、測位で利用する基準局を選択し、
選択する基準局を含む複数の基準局の局部補強情報を取得して記憶し、
前記選択する基準局の変更が生じると、新たに選択する基準局の局部補強情報を、記憶している前記複数の局部補強情報から抽出して、測位を行う、
処理を、演算処理装置に実行させる測位プログラム。
請求項９に記載の測位プログラムであって、
前記距離の近い順に、前記測位で利用する基準局を選択する、
測位プログラム。
請求項１０に記載の測位プログラムであって、
前記距離が最も近い基準局がアンヘルスになったことを検出すると、前記距離が二番目に近い基準局を選択する、
測位プログラム。
請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の測位プログラムであって、
前記測位に利用する基準局に該当する基準局がないことを検出すると、他のシステムの補強情報を利用して、測位を行う、
測位プログラム。