JP3544887B2 - Gps受信装置及びこの装置に適用されるgps受信方法 - Google Patents
Gps受信装置及びこの装置に適用されるgps受信方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3544887B2 JP3544887B2 JP7848599A JP7848599A JP3544887B2 JP 3544887 B2 JP3544887 B2 JP 3544887B2 JP 7848599 A JP7848599 A JP 7848599A JP 7848599 A JP7848599 A JP 7848599A JP 3544887 B2 JP3544887 B2 JP 3544887B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gps
- gps satellites
- satellite
- visible
- observation data
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Navigation (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、GPS(Global Positioning System)衛星を利用して、自装置の位置を計測するGPS受信装置及びこの装置に適用されるGPS受信方法において、特に、航法もしくは測位精度、及び航法もしくは測位における信頼性の向上を図るようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、例えば自動車等の移動体に搭載されるGPS受信装置は、例えばGPS衛星からの衛星信号を受信して、この受信信号から移動体の移動方向及び移動位置を測定している。この種のGPS受信装置は、4個の可視GPS衛星からの衛星信号が受信可能である。すなわち、このGPS受信装置では、4個以上の可視GPS衛星からの衛星信号を受信して連続的に測位を行なっている時において、測位誤差が最小となるGPS衛星を予測し、移動に伴って、次々と受信すべきGPS衛星を切り替えて、常に測位精度を最適にしておくようにしている。
【0003】
しかし、上記GPS受信装置では、4個のGPS衛星からの衛星信号により測位を行なっているが、1つの衛星信号に大きな誤差があると3つの衛星信号により測位するため測位精度に大きく影響することになり、航法もしくは測位における信頼性を低下させてしまうことになる。また、GPS衛星の切り替わりにより、航法もしくは測位データが不連続でもある。なお、GPS衛星からの衛星信号には、予め誤差が与えられており、また、差分航法を行なうシステムにおいても、例えば地上局からの軌道データ等に誤差が与えられている。
【0004】
従って、近時においては、GPS衛星の切り替わりに起因する航法もしくは測位データの不連続性を抑え、精度の向上を図り、さらに差分航法への拡張性を確保できるようなGPS受信装置の改良が強く望まれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来のGPS受信装置では、4個のGPS衛星からの衛星信号により測位を行なっているが、1つの衛星信号に大きな誤差があると3つの衛星信号により測位するため測位精度に大きく影響することになり、航法もしくは測位における信頼性を低下させるという問題を有している。また、GPS衛星の切り替わりにより、航法もしくは測位データが不連続になるという問題も有している。
【0006】
この発明の目的は、選択衛星の切り替わりに起因する航法/測位のデータの不連続性を最小限に抑制でき、かつ航法/測位精度及び航法/測位における信頼性の向上を図り得るGPS受信装置及びこの装置に適用されるGPS受信方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明は、GPS衛星を利用して、自装置の位置を計測するGPS受信装置において、可視GPS衛星全てから衛星信号を受信する受信手段と、この受信手段で得られた可視GPS衛星全ての衛星信号から可視GPS衛星に関する擬似距離データもしくは搬送波位相データと、可視GPS衛星の放送暦データとを含む観測データを抽出する観測データ抽出手段と、この観測データ抽出手段で得られた可視GPS衛星全ての観測データを入力して、衛星信号に与えられる誤差値もしくは自装置に発生する誤差値の推定確率に最大を与える誤差の推定値を算出する誤差推定値算出手段と、この誤差推定値算出手段により算出された誤差の推定値に基づいて、受信手段で得られた可視GPS衛星全ての観測データの中から必要なGPS衛星からの観測データを決定する観測データ決定手段とを備えるようにしたものである。
【0008】
この構成によれば、可視GPS衛星全てからの観測データが取り込まれ、これら観測データを用いて、衛星信号に与えられる誤差値もしくは自装置に発生する誤差値の推定確率に最大を与える誤差の推定値が算出され、この誤差推定値に基づいて、可視GPS衛星全ての観測データの中から必要なGPS衛星からの観測データが決定される。すなわち、観測データを入力して、推定確率が最大となるような誤差の推定値を算出し、この推定値に基づいて推定される観測データと可視GPS衛星全ての観測データとを比較照合することにより、観測データの品質を評価でき、この結果を基に所定値以下のずれの観測データを信頼性の高い観測データとして選択でき、所定値より大きいずれの観測データに対しては信頼性の低い観測データと判断し棄却できるようになる。
【0009】
このため、通常の航法においてみられる、選択衛星の切り替わりに起因する航法/測位のデータの不連続性が最小限に抑えられ、使用可能な観測データを最適利用しているので、航法/測位精度及び航法/測位における信頼性の向上を図ることが可能となる。さらにGPS衛星等の故障による一部の観測データの品質劣化に対する耐性が得られる。
【0010】
また、上記構成において、受信手段は、予め決められた位置に設置された地上局から送出され、地上局による擬似距離データ及び観測時刻データを含む地上局信号を受信する手段を有し、観測データ抽出手段は、受信手段で受信された地上局信号から擬似距離データ及び観測時刻データを抽出する手段を有し、誤差推定値算出手段は、地上局による擬似距離データ及び観測時刻データを入力して、地上局による観測衛星位置の誤差値の推定確率に最大を与える推定値を算出する手段を有することを特徴とする。このようにすることで、差分航法を行なう場合に、高精度で、かつ信頼性の高い航法を実現できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明に係るGPS受信装置の一実施形態を示す回路ブロック図である。図2は、このGPS受信装置と複数のGPS衛星との位置関係及び測位概念を示す図である。
【0012】
図1において、例えばGPS衛星から送信されたGPS衛星信号は、アンテナ11にて受信され、その直後に低雑音増幅器12にて低雑音増幅されることによりRF(Radio Frequency) 信号に変換され、乗算器13の一方の入力端に供給される。この乗算器13の他方の入力端には、局部発振器14から発生されたGPS中心周波数を有する局発信号をてい倍器15でてい倍された第1のローカル信号が供給される。そして、乗算器13は、RF信号に第1のローカル信号を乗算することにより、IF(中間周波数)帯まで周波数変換する。
【0013】
このIF信号は、その時受信することのできる可視GPS衛星信号で、各GPS衛星を識別するためのPN(擬似雑音)コードに応じて予め決められた複数の振幅が拡散されている。このIF信号は、ベースバンド部101〜10Nにそれぞれ供給される。
【0014】
このうちのベースバンド処理部101において、入力されたIF信号は、PNコード解除器16の一方の入力端に供給される。PNコード解除器16の他方の入力端には、PNコード発生器17により発生される自装置に割り当てられたPNコード発振信号が供給される。そして、PNコード解除器16は、IF信号にPNコード発振信号を乗算することにより、逆拡散して、自装置に割り当てられた各GPS衛星信号を抽出することができる。よって、ベースバンド処理部101〜10Nの数がそのGPS受信装置のチャネル数となり最大受信可能な衛星数である。
【0015】
また、PNコード解除器16により抽出された衛星識別信号は、位相比較器18に供給され、NCO(Newmedical Control Ocial)19により発生されるGPS中心周波数を有する第2のローカル信号と位相比較されることにより、その位相差成分が受信信号として抽出される。この受信信号は、受信制御部200に供給される。
【0016】
受信制御部200は、入力された受信信号に基づいて、PNコード発生器17に設定するPNコード位相設定値、NCO19に設定する搬送波位相設定値をリアルタイムで演算し、この演算結果であるPNコード位相設定信号及び搬送波位相設定信号をPNコード発生器17及びNCO19にそれぞれ与えて、PNコード解除器16及び位相比較器18にそれぞれ入力される信号に対する位相追尾を行なうように制御する。また、受信制御部200は、入力された受信信号に基づいて演算された擬似距離データもしくは搬送波位相データと、受信信号のデータ復調により得られる可視GPS衛星の放送暦データとを含む観測データを測位演算部300に出力する。この処理は、各ベースバンド部101〜10Nで各GPS衛星信号毎に独立して行なわれる。
【0017】
測位演算部300は、各ベースバンド処理部101〜10Nに対する観測データに基づいて測位演算処理を実行することにより、自装置の位置を示す測位データを求める。ここで得られる測位データは、図2に示す如く例えば4個のGPS衛星401〜404から見たGPS受信装置の位置を表す(X,Y,Z)の3次元情報と、その変化分(速度)を表す(dX/dt,dY/dt,dZ/dt)である。
【0018】
また、図2において、GPS受信装置は、GPS衛星401を利用して自装置におけるX成分の位置情報が得られ、GPS衛星402を利用して自装置におけるY成分の位置情報が得られ、GPS衛星403を利用して自装置におけるZ成分の位置情報が得られる。さらに、GPS衛星404を利用して自装置における動作時刻情報が得られる。
【0019】
以上が一般的なGPS受信装置の構成である。
【0020】
次に、上記GPS受信装置における可視GPS衛星全体からの観測データの処理概念について説明する。
まず、従来のGPS受信装置では、3次元位置情報(X,Y,Z)と、時間情報(T)とを用いて自装置の位置を計測していることにより、どれか1つの情報が間違っている可能性も高く、またデータが不足して大きい誤差が生じることになる。
【0021】
そこで、この発明は、可視GPS衛星全てから衛星信号を取り込み、多数決原理を用いて品質の良い観測データを決定するものである。すなわち、受信すべき可視GPS衛星全てからの衛星信号には、各GPS衛星で予め与えられる誤差やGPS受信装置内で発生する誤差が含まれている。
【0022】
測位演算部300は、受信制御部200から与えられる可視GPS衛星全ての観測データを入力して、衛星信号に与えられる誤差値もしくは自装置に発生する誤差値の推定確率に最大を与える誤差の推定値を算出する。すなわち、誤差推定値を求める式として、以下の式(1)に示すようなTOTAL Lagrangian(トータルラグランジュ)を導入し、
TOTAL Lagrangian:L(Δz”G,Δz’)=L1+L2+L3+L4 …(1)
以下の式(2)に示すこのラグランジュに対する変分方程式を解くことにより、推定確率に最大を与えるユーザ位置/クロック誤差の推定値を算出する。
【0023】
航法方程式:∂L/∂Δz”G =0 ∂L/∂Δz’=0…(2)
なお、Δz”Gは、可視GPS衛星♯Gの位置/クロック誤差に関する放送暦データからの偏差にSAGNAC効果、つまり地球の自転による補正係数を加えた値を示す。また、Δz’は、ユーザの位置の更新前位置からの偏差及び自装置のクロック誤差を表す4次元変数で、これが推定対象である。
【0024】
次に、トータルラグランジュに使用される上記L1,L2,L3,L4それぞれの項の意味及び作用について説明する。
まず、L1はGPS受信装置位置/クロック偏差のアプリオリ推定のラグランジュの式で以下の式(3)となる。
【数1】
【0025】
ここで、Sは観測データ取得/更新前の共分散行列である。つまり、L1は観測が行なわれる直前の時点でのGPS受信装置の状態に関する推定を表している。
【0026】
L2は、GPS受信装置の位置推定のラグランジュの式で以下の式(4)となる。
【数2】
【0027】
ここで、σGRはGPS受信装置によるGPS衛星♯Gの受信装置誤差レベルである。εGはデータ採用のフラグで、GPS衛星♯Gのデータを採用するか否かに従って1または0をとる。VG は、時間成分1と、空間成分として推定更新前のGPS受信装置の位置から見たGPS衛星♯Gの方向の単位ベクトルからなる4次元ベクトルである。ΔyG は、観測データ(擬似距離)に電離層伝搬遅延補正と対流圏伝搬遅延補正を考慮して計算される誘導観測量である。ΣGは、可視GPS衛星全ての和を表している。
すなわち、L2は、可視GPS衛星に対する観測データに起因する状態推定を表していることになる。
【0028】
次に、L3は、衛星位置/クロック誤差に関するアプリオリ推定のラグランジュの式で以下の式(5)となる。
【数3】
【0029】
ここで、σGEはGPS衛星♯Gのエフェメリス精度を表している。すなわち、GPS衛星の放送暦が提供する衛星位置情報は、完全に正確なわけではなく、これには精度情報も付加されている。これより、衛星放送暦から計算した衛星位置/クロック誤差についても、精度情報に従った重みをかけてこれを推定変数としている。
【0030】
次に、L4は、予め決められた位置に設置された地上局による観測の衛星位置推定のラグランジュの式で以下の式(6)となる。
【数4】
【0031】
ここで、σGBは、例えば地上局BによるGPS衛星♯Gの受信機誤差レベルを表している。すなわち、L4は差分航法を行なう場合に導入される。差分航法を行なわない場合には、L4は0となる。なお、ΣGBは、地上局Bにおける可視GPS衛星全ての和である。
【0032】
次に、上記ラグランジュの式を利用した測位演算部300の処理について図3〜図5のフローチャートを参照して説明する。
図3において、測位演算部300は、まず、GPS受信装置を所有したユーザの位置及びクロック誤差の初期推定値が設定されると(ステップS11)、自装置の状態を示すパラメータ値を設定し(ステップS12)、可視GPS衛星全ての観測データを取得し(ステップS13)、ラグランジュ要素項の評価を行なう(ステップS14)。すなわち、上記L1、L2、L3、L4の項内のパラメータ値の評価を行なう。そして、この評価結果に基づいて、航法方程式の逐次解法を行ない(ステップS15)、この算出結果に基づいて、ステップS12の処理で自装置の状態パラメータ設定を行なう。つまり、可視GPS衛星からの観測データの品質評価を行なうためのしきい値を設定する。
【0033】
図4は、上記ステップS14の処理の詳細を示している。
すなわち、測位演算部300は、上記ステップS13で可視GPS衛星全ての観測データを入力した時点で、ラグランジュの要素項L1、L2、L3、L4が所定値以上であるか否かを判定し(ステップS141)、所定値を満たしていない場合に(NG)、2回連続NGであるか否かを判定し(ステップS142)、2回連続NGである場合に(YES)、可視GPS衛星数が4より大きいか否かを判定する。ここで、4より大きい数である場合に(YES)、ラグランジュ要素項L2、L4のパラメータ値εGを0に設定して(ステップS144)、観測データの棄却を図るようにする。また、上記ステップS141で評価値が所定値以上である場合(GOOD)や、ステップS142でNGが1回だけである場合(NO)、ステップS143で可視GPS衛星数が4以下である場合(NO)には、εGを1に設定する(ステップS145)。
【0034】
次に、図5は、上記ステップS15の処理の詳細を示している。
すなわち、測位演算部300は、上記式(2)示すような航法方程式を解いて、推定確率が最大となる誤差推定値Δz’,Δz”Gを求める(ステップS151)。そして、これら誤差推定値Δz’,Δz”Gに基づいて推定される観測データに入力された観測データが収束するか否かを判定し(ステップS152)、収束する場合(YES)には、GPS受信装置に設定された状態パラメータの更新を行なう(ステップS153)。また、ステップS152において、収束しない場合(NO)、航法方程式の逐次解法を3回より多く実行したか否かを判定し(ステップS154)、3回より多い場合(YES)には、異常処理を行なう(ステップS155)。
【0035】
以上のように、上記実施形態によれば、測位演算部300にて可視GPS衛星全てからの観測データが取り込まれ、これら観測データを用いて、衛星信号に与えられる誤差値もしくは自装置に発生する誤差値の推定確率に最大を与える誤差推定値が算出され、この誤差推定値に基づいて、可視GPS衛星全ての観測データから必要なGPS衛星からの観測データが決定される。すなわち、測位演算部300は、可視GPS衛星全ての観測データを入力して、誤差値の推定確率に最大を与える誤差推定値を算出し、この誤差推定値に基づいて推定される観測データと実際の可視GPS衛星全ての観測データとを比較照合することにより、観測データの品質を評価でき、この結果を基に所定値以下のずれの観測データを信頼性の高い観測データとして選択でき、所定値より大きいずれの観測データに対しては信頼性の低い観測データと判断し棄却できるようになる。
【0036】
このため、通常の航法においてみられる、選択衛星の切り替わりに起因する航法/測位のデータの不連続性が最小限に抑えられ、使用可能な観測データを最適利用しているので航法/測位精度及び航法/測位における信頼性の向上を図ることが可能となる。さらにマルチパス等に起因する一部の観測データの品質劣化に対する耐性が得られる。
【0037】
また、差分航法を行なう場合には、上記式(1)に示すように、ラグランジュ要素項L4を付加することで確保されるため、差分航法への拡張が簡単となる。さらに、上記式(1)を構成する各項が観測残差の2次形式で与えられるため、可視GPS衛星数が4より大きい場合に、εG=0とすることで、信頼性の低い観測データを棄却することが可能となる。
【0038】
また、上記実施形態によるGPS受信装置を用いれば、現在使用されている自動車、船舶の航法、及び土木、建築、測量の測位等に即座に実施可能となり、高精度な測位、航法を実現できるようになる。
【0039】
なお、上記実施形態では、誤差の推定値を算出する演算アルゴリズムとして、トータルラグランジュの方程式を利用しているが、この他に推定誤差値を最小にする最小自乗法を用いても同様に実施できる。
【0040】
その他、GPS受信装置の構成、誤差の推定値を算出する演算アルゴリズム等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【0041】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、選択衛星の切り替わりに起因する航法/測位のデータの不連続性を最小限に抑制でき、かつ航法/測位精度及び航法/測位における信頼性の向上を図り得るGPS受信装置及びこの装置に適用されるGPS受信方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るGPS受信装置の一実施形態を示す回路ブロック図。
【図2】同実施形態におけるGPS受信装置と複数のGPS衛星との位置関係及び測位概念を示す図。
【図3】上記図1に示した測位演算部の動作を示すフローチャート。
【図4】上記図3に示したステップS14の詳細な処理を示すフローチャート。
【図5】上記図3に示したステップS15の詳細な処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
11…アンテナ、
12…低雑音増幅器、
13…乗算器、
14…局部発振器、
15…てい倍器、
16…PNコード解除器、
17…PNコード発生器、
18…位相比較器、
19…NCO(Newmedical Control Ocial)、
101〜10N…ベースバンド処理部、
200…受信制御部、
300…測位演算部、
401〜404…GPS衛星。
【発明の属する技術分野】
この発明は、GPS(Global Positioning System)衛星を利用して、自装置の位置を計測するGPS受信装置及びこの装置に適用されるGPS受信方法において、特に、航法もしくは測位精度、及び航法もしくは測位における信頼性の向上を図るようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、例えば自動車等の移動体に搭載されるGPS受信装置は、例えばGPS衛星からの衛星信号を受信して、この受信信号から移動体の移動方向及び移動位置を測定している。この種のGPS受信装置は、4個の可視GPS衛星からの衛星信号が受信可能である。すなわち、このGPS受信装置では、4個以上の可視GPS衛星からの衛星信号を受信して連続的に測位を行なっている時において、測位誤差が最小となるGPS衛星を予測し、移動に伴って、次々と受信すべきGPS衛星を切り替えて、常に測位精度を最適にしておくようにしている。
【0003】
しかし、上記GPS受信装置では、4個のGPS衛星からの衛星信号により測位を行なっているが、1つの衛星信号に大きな誤差があると3つの衛星信号により測位するため測位精度に大きく影響することになり、航法もしくは測位における信頼性を低下させてしまうことになる。また、GPS衛星の切り替わりにより、航法もしくは測位データが不連続でもある。なお、GPS衛星からの衛星信号には、予め誤差が与えられており、また、差分航法を行なうシステムにおいても、例えば地上局からの軌道データ等に誤差が与えられている。
【0004】
従って、近時においては、GPS衛星の切り替わりに起因する航法もしくは測位データの不連続性を抑え、精度の向上を図り、さらに差分航法への拡張性を確保できるようなGPS受信装置の改良が強く望まれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来のGPS受信装置では、4個のGPS衛星からの衛星信号により測位を行なっているが、1つの衛星信号に大きな誤差があると3つの衛星信号により測位するため測位精度に大きく影響することになり、航法もしくは測位における信頼性を低下させるという問題を有している。また、GPS衛星の切り替わりにより、航法もしくは測位データが不連続になるという問題も有している。
【0006】
この発明の目的は、選択衛星の切り替わりに起因する航法/測位のデータの不連続性を最小限に抑制でき、かつ航法/測位精度及び航法/測位における信頼性の向上を図り得るGPS受信装置及びこの装置に適用されるGPS受信方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明は、GPS衛星を利用して、自装置の位置を計測するGPS受信装置において、可視GPS衛星全てから衛星信号を受信する受信手段と、この受信手段で得られた可視GPS衛星全ての衛星信号から可視GPS衛星に関する擬似距離データもしくは搬送波位相データと、可視GPS衛星の放送暦データとを含む観測データを抽出する観測データ抽出手段と、この観測データ抽出手段で得られた可視GPS衛星全ての観測データを入力して、衛星信号に与えられる誤差値もしくは自装置に発生する誤差値の推定確率に最大を与える誤差の推定値を算出する誤差推定値算出手段と、この誤差推定値算出手段により算出された誤差の推定値に基づいて、受信手段で得られた可視GPS衛星全ての観測データの中から必要なGPS衛星からの観測データを決定する観測データ決定手段とを備えるようにしたものである。
【0008】
この構成によれば、可視GPS衛星全てからの観測データが取り込まれ、これら観測データを用いて、衛星信号に与えられる誤差値もしくは自装置に発生する誤差値の推定確率に最大を与える誤差の推定値が算出され、この誤差推定値に基づいて、可視GPS衛星全ての観測データの中から必要なGPS衛星からの観測データが決定される。すなわち、観測データを入力して、推定確率が最大となるような誤差の推定値を算出し、この推定値に基づいて推定される観測データと可視GPS衛星全ての観測データとを比較照合することにより、観測データの品質を評価でき、この結果を基に所定値以下のずれの観測データを信頼性の高い観測データとして選択でき、所定値より大きいずれの観測データに対しては信頼性の低い観測データと判断し棄却できるようになる。
【0009】
このため、通常の航法においてみられる、選択衛星の切り替わりに起因する航法/測位のデータの不連続性が最小限に抑えられ、使用可能な観測データを最適利用しているので、航法/測位精度及び航法/測位における信頼性の向上を図ることが可能となる。さらにGPS衛星等の故障による一部の観測データの品質劣化に対する耐性が得られる。
【0010】
また、上記構成において、受信手段は、予め決められた位置に設置された地上局から送出され、地上局による擬似距離データ及び観測時刻データを含む地上局信号を受信する手段を有し、観測データ抽出手段は、受信手段で受信された地上局信号から擬似距離データ及び観測時刻データを抽出する手段を有し、誤差推定値算出手段は、地上局による擬似距離データ及び観測時刻データを入力して、地上局による観測衛星位置の誤差値の推定確率に最大を与える推定値を算出する手段を有することを特徴とする。このようにすることで、差分航法を行なう場合に、高精度で、かつ信頼性の高い航法を実現できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明に係るGPS受信装置の一実施形態を示す回路ブロック図である。図2は、このGPS受信装置と複数のGPS衛星との位置関係及び測位概念を示す図である。
【0012】
図1において、例えばGPS衛星から送信されたGPS衛星信号は、アンテナ11にて受信され、その直後に低雑音増幅器12にて低雑音増幅されることによりRF(Radio Frequency) 信号に変換され、乗算器13の一方の入力端に供給される。この乗算器13の他方の入力端には、局部発振器14から発生されたGPS中心周波数を有する局発信号をてい倍器15でてい倍された第1のローカル信号が供給される。そして、乗算器13は、RF信号に第1のローカル信号を乗算することにより、IF(中間周波数)帯まで周波数変換する。
【0013】
このIF信号は、その時受信することのできる可視GPS衛星信号で、各GPS衛星を識別するためのPN(擬似雑音)コードに応じて予め決められた複数の振幅が拡散されている。このIF信号は、ベースバンド部101〜10Nにそれぞれ供給される。
【0014】
このうちのベースバンド処理部101において、入力されたIF信号は、PNコード解除器16の一方の入力端に供給される。PNコード解除器16の他方の入力端には、PNコード発生器17により発生される自装置に割り当てられたPNコード発振信号が供給される。そして、PNコード解除器16は、IF信号にPNコード発振信号を乗算することにより、逆拡散して、自装置に割り当てられた各GPS衛星信号を抽出することができる。よって、ベースバンド処理部101〜10Nの数がそのGPS受信装置のチャネル数となり最大受信可能な衛星数である。
【0015】
また、PNコード解除器16により抽出された衛星識別信号は、位相比較器18に供給され、NCO(Newmedical Control Ocial)19により発生されるGPS中心周波数を有する第2のローカル信号と位相比較されることにより、その位相差成分が受信信号として抽出される。この受信信号は、受信制御部200に供給される。
【0016】
受信制御部200は、入力された受信信号に基づいて、PNコード発生器17に設定するPNコード位相設定値、NCO19に設定する搬送波位相設定値をリアルタイムで演算し、この演算結果であるPNコード位相設定信号及び搬送波位相設定信号をPNコード発生器17及びNCO19にそれぞれ与えて、PNコード解除器16及び位相比較器18にそれぞれ入力される信号に対する位相追尾を行なうように制御する。また、受信制御部200は、入力された受信信号に基づいて演算された擬似距離データもしくは搬送波位相データと、受信信号のデータ復調により得られる可視GPS衛星の放送暦データとを含む観測データを測位演算部300に出力する。この処理は、各ベースバンド部101〜10Nで各GPS衛星信号毎に独立して行なわれる。
【0017】
測位演算部300は、各ベースバンド処理部101〜10Nに対する観測データに基づいて測位演算処理を実行することにより、自装置の位置を示す測位データを求める。ここで得られる測位データは、図2に示す如く例えば4個のGPS衛星401〜404から見たGPS受信装置の位置を表す(X,Y,Z)の3次元情報と、その変化分(速度)を表す(dX/dt,dY/dt,dZ/dt)である。
【0018】
また、図2において、GPS受信装置は、GPS衛星401を利用して自装置におけるX成分の位置情報が得られ、GPS衛星402を利用して自装置におけるY成分の位置情報が得られ、GPS衛星403を利用して自装置におけるZ成分の位置情報が得られる。さらに、GPS衛星404を利用して自装置における動作時刻情報が得られる。
【0019】
以上が一般的なGPS受信装置の構成である。
【0020】
次に、上記GPS受信装置における可視GPS衛星全体からの観測データの処理概念について説明する。
まず、従来のGPS受信装置では、3次元位置情報(X,Y,Z)と、時間情報(T)とを用いて自装置の位置を計測していることにより、どれか1つの情報が間違っている可能性も高く、またデータが不足して大きい誤差が生じることになる。
【0021】
そこで、この発明は、可視GPS衛星全てから衛星信号を取り込み、多数決原理を用いて品質の良い観測データを決定するものである。すなわち、受信すべき可視GPS衛星全てからの衛星信号には、各GPS衛星で予め与えられる誤差やGPS受信装置内で発生する誤差が含まれている。
【0022】
測位演算部300は、受信制御部200から与えられる可視GPS衛星全ての観測データを入力して、衛星信号に与えられる誤差値もしくは自装置に発生する誤差値の推定確率に最大を与える誤差の推定値を算出する。すなわち、誤差推定値を求める式として、以下の式(1)に示すようなTOTAL Lagrangian(トータルラグランジュ)を導入し、
TOTAL Lagrangian:L(Δz”G,Δz’)=L1+L2+L3+L4 …(1)
以下の式(2)に示すこのラグランジュに対する変分方程式を解くことにより、推定確率に最大を与えるユーザ位置/クロック誤差の推定値を算出する。
【0023】
航法方程式:∂L/∂Δz”G =0 ∂L/∂Δz’=0…(2)
なお、Δz”Gは、可視GPS衛星♯Gの位置/クロック誤差に関する放送暦データからの偏差にSAGNAC効果、つまり地球の自転による補正係数を加えた値を示す。また、Δz’は、ユーザの位置の更新前位置からの偏差及び自装置のクロック誤差を表す4次元変数で、これが推定対象である。
【0024】
次に、トータルラグランジュに使用される上記L1,L2,L3,L4それぞれの項の意味及び作用について説明する。
まず、L1はGPS受信装置位置/クロック偏差のアプリオリ推定のラグランジュの式で以下の式(3)となる。
【数1】
【0025】
ここで、Sは観測データ取得/更新前の共分散行列である。つまり、L1は観測が行なわれる直前の時点でのGPS受信装置の状態に関する推定を表している。
【0026】
L2は、GPS受信装置の位置推定のラグランジュの式で以下の式(4)となる。
【数2】
【0027】
ここで、σGRはGPS受信装置によるGPS衛星♯Gの受信装置誤差レベルである。εGはデータ採用のフラグで、GPS衛星♯Gのデータを採用するか否かに従って1または0をとる。VG は、時間成分1と、空間成分として推定更新前のGPS受信装置の位置から見たGPS衛星♯Gの方向の単位ベクトルからなる4次元ベクトルである。ΔyG は、観測データ(擬似距離)に電離層伝搬遅延補正と対流圏伝搬遅延補正を考慮して計算される誘導観測量である。ΣGは、可視GPS衛星全ての和を表している。
すなわち、L2は、可視GPS衛星に対する観測データに起因する状態推定を表していることになる。
【0028】
次に、L3は、衛星位置/クロック誤差に関するアプリオリ推定のラグランジュの式で以下の式(5)となる。
【数3】
【0029】
ここで、σGEはGPS衛星♯Gのエフェメリス精度を表している。すなわち、GPS衛星の放送暦が提供する衛星位置情報は、完全に正確なわけではなく、これには精度情報も付加されている。これより、衛星放送暦から計算した衛星位置/クロック誤差についても、精度情報に従った重みをかけてこれを推定変数としている。
【0030】
次に、L4は、予め決められた位置に設置された地上局による観測の衛星位置推定のラグランジュの式で以下の式(6)となる。
【数4】
【0031】
ここで、σGBは、例えば地上局BによるGPS衛星♯Gの受信機誤差レベルを表している。すなわち、L4は差分航法を行なう場合に導入される。差分航法を行なわない場合には、L4は0となる。なお、ΣGBは、地上局Bにおける可視GPS衛星全ての和である。
【0032】
次に、上記ラグランジュの式を利用した測位演算部300の処理について図3〜図5のフローチャートを参照して説明する。
図3において、測位演算部300は、まず、GPS受信装置を所有したユーザの位置及びクロック誤差の初期推定値が設定されると(ステップS11)、自装置の状態を示すパラメータ値を設定し(ステップS12)、可視GPS衛星全ての観測データを取得し(ステップS13)、ラグランジュ要素項の評価を行なう(ステップS14)。すなわち、上記L1、L2、L3、L4の項内のパラメータ値の評価を行なう。そして、この評価結果に基づいて、航法方程式の逐次解法を行ない(ステップS15)、この算出結果に基づいて、ステップS12の処理で自装置の状態パラメータ設定を行なう。つまり、可視GPS衛星からの観測データの品質評価を行なうためのしきい値を設定する。
【0033】
図4は、上記ステップS14の処理の詳細を示している。
すなわち、測位演算部300は、上記ステップS13で可視GPS衛星全ての観測データを入力した時点で、ラグランジュの要素項L1、L2、L3、L4が所定値以上であるか否かを判定し(ステップS141)、所定値を満たしていない場合に(NG)、2回連続NGであるか否かを判定し(ステップS142)、2回連続NGである場合に(YES)、可視GPS衛星数が4より大きいか否かを判定する。ここで、4より大きい数である場合に(YES)、ラグランジュ要素項L2、L4のパラメータ値εGを0に設定して(ステップS144)、観測データの棄却を図るようにする。また、上記ステップS141で評価値が所定値以上である場合(GOOD)や、ステップS142でNGが1回だけである場合(NO)、ステップS143で可視GPS衛星数が4以下である場合(NO)には、εGを1に設定する(ステップS145)。
【0034】
次に、図5は、上記ステップS15の処理の詳細を示している。
すなわち、測位演算部300は、上記式(2)示すような航法方程式を解いて、推定確率が最大となる誤差推定値Δz’,Δz”Gを求める(ステップS151)。そして、これら誤差推定値Δz’,Δz”Gに基づいて推定される観測データに入力された観測データが収束するか否かを判定し(ステップS152)、収束する場合(YES)には、GPS受信装置に設定された状態パラメータの更新を行なう(ステップS153)。また、ステップS152において、収束しない場合(NO)、航法方程式の逐次解法を3回より多く実行したか否かを判定し(ステップS154)、3回より多い場合(YES)には、異常処理を行なう(ステップS155)。
【0035】
以上のように、上記実施形態によれば、測位演算部300にて可視GPS衛星全てからの観測データが取り込まれ、これら観測データを用いて、衛星信号に与えられる誤差値もしくは自装置に発生する誤差値の推定確率に最大を与える誤差推定値が算出され、この誤差推定値に基づいて、可視GPS衛星全ての観測データから必要なGPS衛星からの観測データが決定される。すなわち、測位演算部300は、可視GPS衛星全ての観測データを入力して、誤差値の推定確率に最大を与える誤差推定値を算出し、この誤差推定値に基づいて推定される観測データと実際の可視GPS衛星全ての観測データとを比較照合することにより、観測データの品質を評価でき、この結果を基に所定値以下のずれの観測データを信頼性の高い観測データとして選択でき、所定値より大きいずれの観測データに対しては信頼性の低い観測データと判断し棄却できるようになる。
【0036】
このため、通常の航法においてみられる、選択衛星の切り替わりに起因する航法/測位のデータの不連続性が最小限に抑えられ、使用可能な観測データを最適利用しているので航法/測位精度及び航法/測位における信頼性の向上を図ることが可能となる。さらにマルチパス等に起因する一部の観測データの品質劣化に対する耐性が得られる。
【0037】
また、差分航法を行なう場合には、上記式(1)に示すように、ラグランジュ要素項L4を付加することで確保されるため、差分航法への拡張が簡単となる。さらに、上記式(1)を構成する各項が観測残差の2次形式で与えられるため、可視GPS衛星数が4より大きい場合に、εG=0とすることで、信頼性の低い観測データを棄却することが可能となる。
【0038】
また、上記実施形態によるGPS受信装置を用いれば、現在使用されている自動車、船舶の航法、及び土木、建築、測量の測位等に即座に実施可能となり、高精度な測位、航法を実現できるようになる。
【0039】
なお、上記実施形態では、誤差の推定値を算出する演算アルゴリズムとして、トータルラグランジュの方程式を利用しているが、この他に推定誤差値を最小にする最小自乗法を用いても同様に実施できる。
【0040】
その他、GPS受信装置の構成、誤差の推定値を算出する演算アルゴリズム等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【0041】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、選択衛星の切り替わりに起因する航法/測位のデータの不連続性を最小限に抑制でき、かつ航法/測位精度及び航法/測位における信頼性の向上を図り得るGPS受信装置及びこの装置に適用されるGPS受信方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るGPS受信装置の一実施形態を示す回路ブロック図。
【図2】同実施形態におけるGPS受信装置と複数のGPS衛星との位置関係及び測位概念を示す図。
【図3】上記図1に示した測位演算部の動作を示すフローチャート。
【図4】上記図3に示したステップS14の詳細な処理を示すフローチャート。
【図5】上記図3に示したステップS15の詳細な処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
11…アンテナ、
12…低雑音増幅器、
13…乗算器、
14…局部発振器、
15…てい倍器、
16…PNコード解除器、
17…PNコード発生器、
18…位相比較器、
19…NCO(Newmedical Control Ocial)、
101〜10N…ベースバンド処理部、
200…受信制御部、
300…測位演算部、
401〜404…GPS衛星。
Claims (2)
- GPS(Global Positioning System)衛星を利用して、自装置の位置を計測するGPS受信装置において、
可視GPS衛星全てからの衛星信号を受信する受信手段と、
この受信手段で得られた可視GPS衛星全ての衛星信号から可視GPS衛星に関する擬似距離データもしくは搬送波位相データと、可視GPS衛星の放送暦データとを含む観測データを抽出する観測データ抽出手段と、
この観測データ抽出手段で得られた可視GPS衛星全ての観測データを入力し、下式で示されるトータルラグランジュの方程式から前記衛星信号に与えられる誤差値もしくは自装置に発生する誤差値の推定確率に最大を与える誤差の推定値Δz ' ,Δz” G を算出する誤差推定値算出手段と、
L(Δz” G ,Δz’)=L1+L2+L3+L4
∂L/∂Δz” G =0
∂L/∂Δz’=0
この誤差推定値算出手段により算出された推定値Δz ' ,Δz” G に基づいて、前記受信手段で得られた可視GPS衛星全ての観測データの中から必要なGPS衛星の観測データを決定する観測データ決定手段とを具備してなることを特徴とするGPS受信装置。 - GPS衛星を利用して、自装置の位置を計測するGPS受信装置に適用されるGPS受信方法において、
可視GPS衛星全てから衛星信号を受信し、
得られた可視GPS衛星全ての衛星信号から可視GPS衛星に関する擬似距離データもしくは搬送波位相データと、可視GPS衛星の放送暦データとを含む観測データを抽出し、
得られた可視GPS衛星全ての観測データを用いて、
L(Δz” G ,Δz’)=L1+L2+L3+L4
∂L/∂Δz” G =0
∂L/∂Δz’=0
を演算することにより、前記衛星信号に与えられる推定誤差値もしくは自装置に発生する誤差値の推定確率に最大を与える推定値Δz ' ,Δz” G を算出し、
この算出された推定値Δz ' ,Δz” G に基づいて、前記可視GPS衛星全ての観測データの中から必要なGPS衛星の観測データを決定することを特徴とするGPS受信方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7848599A JP3544887B2 (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | Gps受信装置及びこの装置に適用されるgps受信方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7848599A JP3544887B2 (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | Gps受信装置及びこの装置に適用されるgps受信方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000275320A JP2000275320A (ja) | 2000-10-06 |
JP3544887B2 true JP3544887B2 (ja) | 2004-07-21 |
Family
ID=13663297
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7848599A Expired - Fee Related JP3544887B2 (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | Gps受信装置及びこの装置に適用されるgps受信方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3544887B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4816174B2 (ja) * | 2006-03-17 | 2011-11-16 | トヨタ自動車株式会社 | 測位方法、測位装置 |
CN103900581B (zh) * | 2014-04-04 | 2017-01-18 | 哈尔滨工程大学 | 基于增广拉格朗日条件的mimu与gps组合行人导航法 |
CN108563108A (zh) * | 2017-12-23 | 2018-09-21 | 航天恒星科技有限公司 | 一种gnss卫星钟健康状态监测方法 |
-
1999
- 1999-03-23 JP JP7848599A patent/JP3544887B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000275320A (ja) | 2000-10-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5425478B2 (ja) | 測量スティッチングを用いる位置測定方法 | |
CN103329006B (zh) | 用于定位移动通信终端的方法和*** | |
EP1498745B1 (en) | Enhanced real time kinematics determination method and apparatus | |
US7840351B2 (en) | Method for correcting ionosphere error, and system and method for determining precision orbit using the same | |
US6636744B1 (en) | Obtaining pilot phase offset time delay parameter for a wireless terminal of an integrated wireless-global positioning system | |
JP4896746B2 (ja) | 衛星を利用した移動端末の測位 | |
EP2864810B1 (en) | Selection of a subset of global navigation satellite system measurements based on relation between shifts in target parameters and sum of residuals | |
US7777673B2 (en) | Positioning method, positioning device, and program | |
US6587692B1 (en) | Location determination using weighted ridge regression | |
EP2864809B9 (en) | Selection of a subset of global navigation satellite system measurements based on prediction of accuracy of target parameters | |
EP3106897A1 (en) | Gnss receiver with an on-board capability to implement an optimal error correction mode | |
US20080180315A1 (en) | Methods and systems for position estimation using satellite signals over multiple receive signal instances | |
US20240142639A1 (en) | Terminal positioning method and apparatus, device, and medium | |
JP6234549B2 (ja) | 測位装置 | |
US11460583B2 (en) | Method and apparatus for providing correction data for satellite navigation | |
US11209552B2 (en) | Method and apparatus for improving the quality of position determination using GNSS data | |
EP1506430A1 (en) | Determining the position of a receiver and/ or the system time of a positioning system | |
US20040027281A1 (en) | Determination of the transmission time of a signal part in a positioning system | |
JP5636552B2 (ja) | 移動受信機による、衛星からの拡散スペクトル信号の取得を最適化する方法 | |
JP4861226B2 (ja) | 周波数間バイアス推定装置及び周波数間バイアス推定方法 | |
JP2009079975A (ja) | 測位システム | |
JP3544887B2 (ja) | Gps受信装置及びこの装置に適用されるgps受信方法 | |
JP2003500656A (ja) | レシーバ位置の決定装置及び方法 | |
JP4928114B2 (ja) | キャリア位相相対測位装置 | |
van der Merwe et al. | Position solution sensitivity for snapshot receivers |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040202 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040330 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Effective date: 20040406 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |