JP4170118B2 - データセンター - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、特定のサービスエリア内においてGPS(Global Positioning System)受信機を備える移動体端末について、データセンターにおいて測位補正情報を生成し、伝送することにより測位精度を向上させる高精度測位システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在、利用者に対してGPS用測位補正情報を生成・送信し、GPSによる測位精度を向上させるシステムはすでに全国規模で運用されており、そのシステム構成に関して様々な提案がなされていることは周知のところである。
【0003】
このようなシステムの一例として、誤差補正情報と衛星軌道情報をセンター局で生成し、移動体端末に伝送し、移動体端末において高精度に測位を行う従来技術が知られている(例えば、特許文献1)。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−81476号(第1図)
【0005】
然るに、従来技術においてGPSに関する誤差補正情報の精度は、誤差補正用のGPS基準データを取得する基準局と移動体端末の距離が離れるにつれて劣化するため、GPS基準データを取得する基準局をサービスを提供する地理的範囲内に多数配置する必要がある。
【0006】
距離とともに補正情報の精度が劣化する要因は、電離層遅延の推定誤差が距離とともに増大するためである。最近、複数のGPS基準局によるデータを用いて広範囲で有効な補正情報を生成するネットワーク型GPSが提案されている。この場合も、ネットワークを構成するGPS基準局の基線長を一定距離以上離すと精度が劣化する。しかし、特許文献1記載の従来技術に代表されるように、GPS基準局間の基線長が長い場合に対応できるように配慮されたシステムは、今までのところ実現化されていない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高精度測位システムは、GPS補正情報を生成するための単数または複数の基準局とユーザ側の移動体端末の距離が一定以上離れると測位精度が劣化するため、少数の基準局により広範囲の補正情報を生成するシステムは実現化されていない。また、広い範囲でサービスを行うために多数の基準局を配置することには、設置および管理に多大な費用がかかるという問題がある。
【0008】
この発明は、基準局と移動体端末の距離が一定以上離れた場合でも高精度の補正情報を生成し、移動体端末において高精度の測位を可能とすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るデータセンターは、位置が既知であり、少なくとも二つの異なる周波数のGPS(Global Positioning System)信号を受信する二周波GPS受信機を備える基準局と、二周波GPS受信機を備える移動局とからデータを受信するデータセンターにおいて、
上記基準局が二周波GPS受信機によって受信したGPS信号に基づく信号データAを上記基準局から受信するとともに、上記移動局が二周波GPS受信機によって受信したGPS信号に基づく信号データBを上記移動局から受信する受信部と、
上記受信部が受信した上記信号データAと、上記信号データBと、上記基準局の既知の位置を示す基準局位置情報を用いて、測位した位置情報を補正する測位補正情報を生成する補正信号計算部と、
生成した測位補正情報を送信する送信部と
を備えることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態1について説明する。
図1は、実施の形態1による高精度測位システムの構成の一例を示している。一般に、図1に示すような高精度測位システム1(以下、単に「測位システム」という。)には、各種の設備が設けられているが、ここではこの発明の要旨とする部分のみを説明する。
図1に示した測位システムは、GPS衛星4と、データセンター6と、基準局2と、移動局9と、移動体端末14とを備える。
【0011】
測位システム1に設けられた基準局2は、GPS受信用アンテナを装備する二周波GPS受信機3によりGPS衛星4からの信号(GPS信号)を受信する。受信された信号は、GPS信号データとして、無線または有線による送信手段5によりデータセンター6に送信される。データセンター6においては、受信手段7により基準局2からのGPS信号データを受信する。
【0012】
また、測位システム1のサービスエリア8の内部を移動する移動局9においてもGPS受信用アンテナを装備する二周波GPS受信機3によりGPS衛星4からの信号(GPS信号)を受信する。このGPS信号は、GPS信号データとして、無線通信による無線送信手段10により、データセンター6に送信される。移動局9はサービスエリア8の内部であれば、静止している必要はなく、移動していることも可能である。また、複数の移動局9を使用することができる。
なお、ここでは説明を簡単にするため、移動局9が1台のみの場合について説明する。
【0013】
データセンター6は、受信手段7と、無線受信手段11と、補正信号計算手段12と、補正信号送信手段13とを備える。
受信手段7は、基準局2からGPS信号データを受信する。無線受信手段11は、移動局9からGPS信号データを受信する。補正信号計算手段12は、受信したGPS信号データを入力する。補正信号計算手段12おいては、GPS補正信号(「GPS補正信号」は、「GPS測位補正信号」、あるいは、「補正信号」、「補正情報」ともいう)を生成し、無線通信による補正信号送信手段13により、移動体端末14に送信する。
【0014】
移動体端末14は、GPS受信機(ディファレンシャルGPS受信機)15と補正信号受信手段16とを備える。
移動体端末14においては、GPS受信機15により受信したGPS信号と補正信号受信手段16により受信した補正信号から高精度な測位情報を生成する。測位情報は、GPS受信機15が備える測位補正手段(測位補正部)により計算される。
【0015】
この明細書では、「GPS信号データ」は、GPS衛星4から送信されるデータ(GPS信号)に基づくデータを意味する。以下の説明では、「GPS信号データ」は、二周波のGPS信号(GPS観測データ)、電離層遅延量、測位した位置情報等のいずれか一つあるいは複数のデータである場合もある。また、「GPS信号データ」は、「信号データ」ともいう。
【0016】
ここで、まずGPS信号とGPS受信機について説明する。
GPSは、24個を定数とするGPS衛星4と管制を行う地上局から構成される。
GPS衛星4からは継続的にLバンドを搬送波とする信号が放送されている。各GPS衛星4からのLバンド信号には、航法メッセージが各衛星固有の疑似乱数により符号多重変調されて放送されている。
GPS信号は、L1およびL2と呼ばれる2種類の周波数を用いて放送されているが、軍事専用の周波数であるL2の使用は現在利用することができず、民間用として使用が許可されているのはL1信号のみである。
【0017】
ただし、L1信号と同時に疑似乱数を用いた航法メッセージの再生を行うことなくL2信号を再生することができる高精度な二周波GPS受信機3が開発され測量用等の用途で使用されている。こうした受信機では、L1とL2の2種類の周波数の信号を同時に利用することができる。
しかしながら、L2信号の受信には特殊な手法が必要となるために2周波受信可能な二周波GPS受信機3は非常に高価でる。このため、通常の移動体端末14においてはL1信号のみを受信できる1周波GPS受信機が使用されている。
【0018】
次に、GPS測位計算の概要とGPS測位補正信号の計算方法について説明する。
GPS受信機においては、GPS信号に含まれる航法メッセージを受信する。航法メッセージにはGPS衛星4から電波が送信された時刻に関する情報が含まれており、この時間をGPS受信機がこの信号を受信した時刻と比較することにより、伝送時間を計算する。この伝送時間に光速を乗じることにより、GPS衛星とGPS受信機の疑似距離Rhiが観測データとして求められる。また、航法メッセージには、GPS衛星の軌道に関する情報が含まれており、各時刻におけるGPS衛星の位置Giを計算することができる。GPS受信機の3次元座標は、4個以上のGPS衛星から電波を受信して観測方程式を計算し、GPS受信機の3次元座標とGPS受信機の時計誤差の合計4個の未知数について、これらの方程式を解くことにより求められる。
【0019】
主なGPS疑似距離の誤差要因として電離層遅延による距離誤差Fi、対流圏遅延による距離誤差Ti、マルチパスおよび受信機ノイズによる誤差Ni、GPS衛星の軌道推定誤差および時計誤差Kiがある。これらの誤差要因を考慮して観測方程式は、数1のように表される。
【0020】
【数1】
【0021】
上記のGPS疑似距離に関する誤差要因のうち、対流圏遅延の影響Tiは誤差モデルにより除去可能である。また、電離層遅延の影響Fiについても航法メッセージの中に含まれている補正情報を用いて補正量を計算し、補正を行うことができる。ただし、航法メッセージ情報に基づく電離層遅延の補正量には10m以上の誤差が含まれることがあり、高精度で測位を行う際に使用することはできない。
【0022】
電離層遅延Fiは、距離が比較的近い2点間では同一とみなすことができる。また、GPS衛星の軌道推定誤差および時計誤差Kiに関しては距離が離れた異なる受信機においても誤差が同じとなる。この性質を用いて位置が既知の基準局2における観測データから数2に基づき計算を行うことにより、各GPS衛星毎の補正量Driを計算することができる。
【0023】
【数2】
【0024】
数2により計算した補正量Driを移動体端末14に伝送し、数3のように観測した疑似距離を補正することにより、電離層遅延FiおよびGPS衛星の軌道推定誤差および時計誤差Kiの影響を除去することができる。この補正を行った疑似距離を用いて数1を3次元座標とGPS受信機の時計誤差を未知数として解くことにより、位置を求めることができる。なお、一般的なディファレンシャルGPS受信機は、GPS疑似距離補正量DriによりGPS観測データを数3に基づき補正する機能を有している。
【0025】
【数3】
【0026】
しかし、移動体端末14の位置が基準局2から離れると、電離層による遅延誤差Fiに差異が生じるため、相対距離により補正情報の精度は劣化する。そこで、電離層遅延の影響については、別途次のように補正を行う。まず、上記の電離層による遅延誤差Fiは、送信周波数に依存する特性を有しており、二周波GPS受信機3による観測データを用いて数4により推定することができる。この電離層遅延Fiは、二周波GPS受信機3を有する基準局2および移動局9においてそれぞれ数4により推定することができる。
【0027】
【数4】
【0028】
次に、この測位システムの処理について説明する。
まず、基準局2における処理について説明する。
基準局2においては、二周波GPS受信機3により、GPS信号を受信する。GPS信号からL1およびL2に関する疑似距離情報(GPS観測データ、擬似距離観測量)を計算し、GPS信号データとしてデータセンター6に送信する。
この際、対流圏遅延の誤差をモデルによる遅延をモデルにより補正することが可能である。
【0029】
次に、移動局9における処理について説明する。
すなわち、移動局9により受信され、データセンター6に送信される情報について説明する。
移動局9においては、まず、二周波GPS受信機3により観測を行う。移動局9は、受信したGPS信号を用いて、数4の式により電離層遅延量を計算する。
また、同時にGPS測位計算を行い、移動局9の位置情報と電離層遅延量とをGPS信号データとしてデータセンター6に送信する。
【0030】
次に、データセンター6の処理について説明する。
まず、データセンター6が備える補正信号計算手段12において、基準局2から送信されたGPS観測データ、および、移動局9から送信された電離層遅延量と位置情報に基づき行うGPS補正信号の計算方法について説明する。ここでは説明を簡単にするため、基準局2と移動局9の間に移動体端末14があるものとする。また、基準局2及び移動局9からは、それぞれ観測ができたGPS衛星4の数のデータがデータセンター6へ送信される。
【0031】
まず、従来の方式に基づき基準局2におけるGPS観測データを用いて数2により疑似距離の補正量Drbを各GPS衛星毎に計算し、移動体端末14に伝送して使用した場合に発生する誤差を、図2を用いて説明する。
補正量Drbに含まれる電離層遅延量をFib、それ以外の補正量をEnとする。前記のようにEnにはGPS軌道誤差等が含まれ、基準局2と移動体端末14の距離drによらず一定とみなすことができる。基準局2と移動体端末14の距離drが大きい場合、電離層遅延誤差が変化することにより、正しい補正量は曲線Drのように変化する。移動体端末14においてDrbを補正量とした場合には、見積り誤差Erが発生し、測位精度が劣化する。
【0032】
次に、本発明におけるGPS補正情報(補正情報、測位補正情報)の計算方法について図3を用いて説明する。
移動局9において計算された数4の式の結果により電離層遅延量をFimとする。
空間的に両者の間に位置する移動体端末14における電離層遅延量Firは、電離層遅延量をFibと、電離層遅延量をFimと、電離層遅延がほぼ連続的に分布する特性とを用いて、一例として数5の式に基づき予測することができる。なお、ここでは線形補間を用いる例を示したが、他の補間手法に基づき計算を行うことも可能である。
【0033】
【数5】
【0034】
電離層遅延以外の疑似距離補正量Enが距離によらず変化しないことから、数5の式により計算した電離層誤差Firを用いて数6の式のように移動体端末14における疑似距離補正量Drrを計算することができる。この際に発生する疑似距離補正量の誤差Erは、図2に示した基準局2の観測データのみに基づく場合と比べて小さくなり、測位精度を向上させることができる。
【0035】
【数6】
【0036】
また、図4に示すように、基準局2からの距離を複数のブロックに分割し、複数のブロックそれぞれに補正信号を対応させることも可能である。複数のブロックへブロック番号を付与し、ブロック番号に補正信号の値を対応させ、補正情報として移動体端末へ送信する。移動体端末14は、位置情報からブロック番号を検索するテーブルを備え、上記テーブルを用いて、自己が利用する補正信号を取得する。上記テーブルは、緯度と経度とからブロック番号を検索できるようにする。
【0037】
次に、移動体端末14の処理について説明する。
補正信号計算手段12により計算したGPS疑似距離補正量Drrは、補正信号送信手段13により移動体端末14へ伝送される。移動体端末14は、複数のGPS衛星4それぞれについて数6の式に基づき計算されたGPS疑似距離補正量Drr(各GPS衛星4毎の値)を受信する。
移動体端末14は、ディファレンシャルGPS受信機によるGPS観測データとGPS疑似距離補正量Drrとを用いて数1の方程式の解を求めることにより、3次元位置を高精度に求める。
【0038】
なお、移動体端末14が2次元の位置情報のみが必要な場合には、観測すべきGPS衛星の最低数は3個以上となるが、前記と同様の手法を用いることが可能である。また、以上の説明では移動体端末14が基準局2と移動局9を結ぶ直線上にある場合について説明したが、直線上にない場合でも同様に補正情報を計算することができる。また、ここでは基準局2及び移動局9がそれぞれ1つの場合について説明を行ったが、サービスエリア内に複数台の基準局2または移動局9が存在する場合においても、数5を平面に拡張することにより、より精度の良い電離層補正情報を生成することができる。
【0039】
また、二周波GPS受信機3を搭載する移動体端末14は、GPS測位情報を単独で得ることができる。したがって、移動体端末14は、移動局9として動作することも可能である。例えば、移動局9の一例として、常時サービスエリア内を走行する運送用トラック等に二周波GPS受信機3を搭載した場合には、使用者が二周波GPS受信機3の費用の一部または全てを負担することが可能であるため、同数の基準局2を設置して運用する場合に比べてシステムを廉価に構築することができる。また、基準局2を設置するための土地等の費用の負担を削減することができる。
【0040】
また、データセンター6と基準局2とが一体となって同じ場所に配置されていてもよい。
【0041】
以上のように、この実施の形態では、二周波GPS受信機3を備え、二周波GPS信号から導いたGPS観測データ(擬似距離観測量)をデータセンター6に伝送する機能を有する基準局2と、二周波GPS受信機3を備え、GPS信号から導いたGPS観測データの補正信号(電離層遅延量)を生成し、測位した位置情報(移動局位置情報)とともにデータセンター6に伝送する機能を有する移動局9と、上記基準局2から送信された観測データと、上記移動局9から送信された補正信号とから測位補正情報を生成し、GPS受信機15を備える移動体端末14に伝送する機能を有するデータセンター6から構成される高精度測位システムについて説明した。
【0042】
このように、この実施の形態によれば、サービスエリア内に多数の基準局2を配置することなく、高精度なGPS補正情報を生成することが可能となり、運用にかかる費用も含めて高精度測位システムを廉価に構築することが可能となる。
【0043】
実施の形態2.
次に、この発明に係る実施の形態2について説明する。
実施の形態2による高精度測位システムは、GPS受信機を備える移動体端末14において、GPS受信機として、1周波ディファレンシャルGPS受信機15を備える(図1のGPS受信機15が、1周波ディファレンシャルGPS受信機である場合)。この場合、2周波ディファレンシャルGPS受信機を使用する場合と比べて、システムを構築する費用を少なくすることができる。また、前記のように一般的な1周波ディファレンシャルGPS受信機15は、GPS疑似距離補正量DrrによりGPS観測データを数3に基づき補正する機能を有しているため、移動体端末14において数3の式に基づく補正計算を行う必要がなく、システムを構築する費用を少なくすることができる。
【0044】
実施の形態3.
次に、この発明に係る実施の形態3について説明する。
実施の形態3による高精度測位システムの補正信号計算手段12は、実施の形態1の補正信号計算手段12へ、移動体端末14へ送信するGPS補正信号の各エリアにおける精度に関する情報を伝送する手段を付加したものである。移動体端末14が備えるディファレンシャルGPS受信機15においては、自己のエリアにおけるGPS補正信号の精度に関する情報を用いてGPS補正信号の精度を見積もることができる。
これにより、移動体端末14においてGPS補正情報の精度が劣化している状況では安全性等の観点から使用できないアプリケーションの使用を禁止することができ、システムの信頼性が向上する。
例えば、補正信号計算手段12は、移動局9の数、及び、移動局9の配置等のデータに基づいて、信頼度を算出することが可能である。
【0045】
GPS補正信号の精度が劣化する例を図5を用いて説明する。
図5は、基準局2と移動局9を結ぶ線の外側に移動体端末14が存在するため、数5に基づく電離層遅延量の推定は外挿を伴い精度が劣化する例を示している。また、移動局9が何らかの要因によりサービスエリア内で一台も動作していない場合にも同様に精度が劣化する。補正信号計算手段12において、サービスエリア8内を区分した領域番号または同等な緯度・経度の範囲に関する情報とその領域におけるGPS補正信号の精度を数値で表したデータを生成し、補正信号送信手段13により移動体端末14に伝送する。
【0046】
移動体端末14においては、自己の測位結果を用いて伝送された精度が劣化するエリアの情報の中に自己位置があるかどうかを判定する。通常のディファレンシャルGPS受信機は、こうした機能を有していないが、移動体端末14に容易にこの機能を追加することができる。これにより、測位精度が劣化しているかどうかを判定することができ、システムの信頼性が向上する。
【0047】
実施の形態4.
実施の形態4では、データセンター6が移動体端末14へGPS補正情報とともに、GPS補正情報の信頼度を併せて送信する実施の形態について説明する。以下で説明する信頼度(精度)の算出については実施の形態3へも適用可能である。
まず、図1に示した構成から移動局9を除いた測位システムを一例として説明する。
データセンター6の補正信号計算手段12は、基準局2から受信したGPS信号データ(GPS観測データ)に基づいて計算したGPS補正情報の信頼度(精度)を算出する。
算出手順としては、図6に示す方法が一例としてあげられる。
【0048】
図6(A)は、上記補正信号計算手段12によって作成される信頼度の分布を表した図の一例である。
図6(A)は、サービスエリア8を複数のエリアに分割し、基準局2からの距離に基づいて、精度を決定する方法である。符号111,112,121,122は、分割したエリアの領域番号である。図6(A)では、サービスエリア8を4つに分割し、大(領域111)・中(領域112,121)・小(領域122)という三段階の信頼度を付けている。信頼度は数値で表してもよい。例えば、0〜100の範囲の値で表してもよい。
データセンター6の補正信号計算手段12は、基準局2の位置情報に基づいて、各領域番号に対応する信頼度を算出する。データセンター6は、各領域番号と信頼度を送信する。
【0049】
移動体端末14は、自己の位置情報(緯度及び経度)から領域番号を算出するテーブルを有する。移動体端末14は、自己の領域番号に基づいて、信頼度(精度)を取得し、補正した位置情報の信頼度を得る。
移動体端末14は、上記信頼度と自己の測位結果とを用いて伝送された精度が劣化するエリアの情報の中に自己位置があるかどうかを判定する。通常のGPS受信機は、こうした機能を有していないが、移動体端末14に容易にこの機能を追加することができる。例えば、自己の位置を測位する計算手段(計算部)にこのような機能を追加してもよい。これにより、測位精度が劣化しているかどうかを判定することができ、システムの信頼性が向上する。
【0050】
また、図1に示したように、移動局9が配置されている測位システムにおいては、信頼度は、基準局2の位置情報に加え、移動局9から受信する位置情報、移動局の数、及び、移動局の配置等に基づいて、各領域番号に対応する信頼度を算出することができる。
【0051】
また、図6(B)は、補正信号計算手段12が算出する信頼度の別の例を示した図である。補正信号計算手段12は、所定の係数(C)に基準局からの距離(R)をかける(C×R)ことによって信頼度を得る。所定の係数は、太陽によって影響される値を用いることができる。
【0052】
実施の形態5.
実施の形態1では、移動局9は、GPS信号データとして、計算した電離層遅延量と測位した位置情報とをデータセンター6へ送信する例を説明したが、GPS信号データ(L1/L2の擬似距離観測量)と、計算した位置情報とを送信する場合であってもよい。
また、GPS信号データとして、L1/L2の擬似距離観測量に加え、移動局9の位置情報を計算するためのデータ(観測したときの信号の伝搬時間)を含め、データセンター6が位置情報を計算するようにしてもよい。
この場合、データセンター6の補正信号計算手段12は、GPS信号データから電離層遅延量を計算し、実施の形態1と同様に補正信号を計算する。
また、基準局は、データセンター6へGPS信号を送信する場合を説明したが、GPS信号を用いて計算した観測データ(Rhi)と電離層遅延量とを送信してもよい。
【0053】
また、実施の形態1では明記していないが、データセンター6は、基準局2の位置情報(基準局位置情報)を記録する位置情報記録部を有する。位置情報記録部を備えていない場合は、基準局2から位置情報を受信して取得する。
さらに、データセンター6は、予め、電離層遅延量と位置情報とをデータセンター6へ送信する移動局9を登録する移動局登録部を備えていてもよい。
【0054】
上記のように、基準局2及び移動局9とは、データセンター6へGPS信号データを送信し、データセンター6は、GPS信号データを用いて、測位補正信号(補正信号、補正情報)を算出する。従って、以下のようにも説明できる。
基準局2は、位置が既知であり、二周波GPS受信機3を備え、二周波GPS受信機3によって受信したGPS信号に基づくGPS信号データ(信号データAとする)をデータセンター6へ送信する。
移動局9は、位置は確定しておらず(未確定であり)、二周波GPS受信機3を備え、二周波GPS受信機3によって受信したGPS信号に基づくGPS信号データ(信号データBとする)をデータセンター6へ送信する。
【0055】
データセンター6は、基準局2から信号データAを、移動局9から信号データBを受信手段(受信部)7によって受信する。補正信号計算手段(補正信号計算部)12は、上記信号データAと、上記信号データBと、基準局2の既知の位置を示す基準局位置情報を用いて、測位した位置情報を補正する測位補正情報を生成する。
上記補正信号計算手段12は、信号データAを用いて電離層遅延量A(図3では、Fib)を取得する(抽出あるいは計算等によって取得する)。また、信号データBを用いて、電離層遅延量B(図3では、Fim)と移動局9が上記GPS信号を受信した位置を特定する移動局位置情報とを取得する(抽出あるいは計算等)。補正信号計算手段12は、上記電離層遅延量Aと上記基準局位置情報とを基準として、上記電離層遅延量Bと上記移動局位置情報を用いて、上記測位補正情報を生成する。
【0056】
信号データAは、受信した二周波のGPS信号(実施の形態1の場合)、あるいは、電離層遅延量等の補正情報(基準局2で計算された場合)である。
信号データBは、電離層遅延量と移動局位置情報(実施の形態1の場合)、あるいは、二周波のGPS信号である。
このように、電離層遅延量等の補正情報をどの構成要素で計算するかによって、信号データA、信号データBに含まれるデータが異なる。
【0057】
実施の形態6.
この実施の形態では、GPS信号データ、あるいは、補正信号を、準天頂衛星を経由して送受信するシステム構成について説明する。
図7は、GPS衛星及び準天頂衛星を含む測位システムの例を示した図である。
準天頂衛星20は、赤道面から約45度の傾斜角になるように地上35800km上空を地球の自転に合わせて1日に1周回している。また、準天頂衛星20は、一例として、昇交点赤経(赤道面との交点)において120度ずつ離れるように3機が配置されている。準天頂衛星20は、赤道上を交点とする「8の字」を描くように周回している。3機の準天頂衛星20は、軌道面を異にするが8時間ずつ交代するように、切れ目なく日本上空に位置している。また、地域を日本で考えた場合、仰角が70度以上の準天頂衛星20が常に存在することになる。切れ目なく日本上空に位置しているため、仰角が70度以上の準天頂衛星20が常に存在し、受信者が地上で準天頂衛星20から電波を受ける際、ビルの谷間でも電波を遮られることがない。このような利点を有する。
【0058】
図7に示すように、移動局9は、データセンター6へデータを送信する代わりに、データを準天頂衛星20へデータを送信する。また、移動体端末14は、準天頂衛星20からデータを受信する。これにより、移動局9及び移動体端末14とデータセンター6の間に障害物が存在する場合であっても、データの送受信が確実に実施できる。
【0059】
例えば、実施の形態1の構成で、基準局2によってカバーする領域に移動局9がN台配置されている場合を想定する。N台のうち、高層ビル等の存在によって、いくつかの移動局9がデータセンター6へデータを送信できない場合が有り得る。このような場合、準天頂衛星20を用いることによって、データの送信ができないという現象を回避することができる。
【0060】
また、図7では、基準局2はデータセンター6へデータを送信する例を示しているが、基準局2から準天頂衛星20を介してデータセンター6へデータを送信する場合であってもよい。データセンター6へデータを送信する場合に、準天頂衛星20を利用することによって、データセンター6へデータを送信することができる範囲(領域)が拡大する。従って、データセンター6を配置する数を減少することが可能になる。例えば、日本国内に、一つのデータセンター6を設置することによって、測位システムを実現することが可能になる。
【0061】
さらに、図7のシステム構成において、準天頂衛星20をGPS衛星4の代わりに用い、準天頂衛星20が二周波のGPS信号に相当する信号を送信する場合であってもよい。
準天頂衛星20を用いることによって、信号が受信できなくなることを抑止することができる。
【0062】
実施の形態7.
この実施の形態では、上記測位システムによって高精度の補正情報を利用する場合に、利用者へ課金するシステムについて説明する。
図8は、実施の形態の7データセンター6の構成の一例を示す図である。
通信部30は、外部の装置とのデータを送受信する。利用する通信網は、有線、無線を問わない。通信部30は、通信手段を有する。通信部30に含まれる、受信手段7、無線受信手段11、補正信号送信手段13は、図1と同様であるため説明を省略する。
補正信号計算手段12は、受信したGPS信号データに基づいて、補正信号を計算する。ここで、GPS信号データは、GPS信号に基づくデータ、GPS信号を用いて取得したデータであればよい。GPS信号データには、二周波GPS受信機3が受信したGPS信号、位置情報、電離層遅延量等の補正信号の少なくともいずれかを含む。
位置情報記録部31は、基準局2の位置を特定する、確定した位置情報を記録する。上記位置情報は、予め、位置情報記録部31はへ登録されている。
【0063】
移動局登録部32は、データセンター6が管理するエリア内に存在する移動局9を予め登録する記憶領域である。移動局登録部32は、移動局9を識別する移動局識別番号(以下、「移動局ID」と記す)と料金の支払い方法等を登録する。
移動体端末登録部33は、データセンター6が提供する補正情報(補正信号、GPS補正信号)を利用する移動体端末14を登録する。移動体端末登録部33は、移動体端末14を識別する移動体端末識別番号(以下、「移動体端末ID」と記す)と料金の支払い方法等を登録する。
課金部34は、カウンタを備え、移動局9、移動体端末14の利用状況をカウントする。
例えば、課金部34は、移動局9がデータ(電離層遅延量、位置情報)を送信する度にカウントアップする移動局用カウンタと、移動体端末14が補正情報を利用した場合にカウントアップする移動体端末用カウンタとの二種類のカウンタを備える。
図9は、課金に関するデータの流れの一例を示した図である。図9では、課金に関する構成要素以外は省略している。
上記移動局用カウンタ35と上記移動体端末用カウンタ36とは、予め登録されている移動局9及び移動体端末14それぞれの数のカウンタを用意する。複数のカウンタは、移動局ID、移動体端末IDと対応づけられ、それぞれの移動局9、移動体端末14を識別できるようにする。
【0064】
例えば、データセンター6の課金部34は、移動局9からデータの提供(送信)を受ける度に、移動局用カウンタ35をカウントアップする。この際、移動局9は、GPS信号データとともに移動局IDを通知する。
移動体端末14が補正情報を受信する度に、移動体端末14は、移動体端末IDを含む受信通知を送信する。課金部34は、上記受信通知を受信し、移動体端末用カウンタ36をカウントアップする。
このようにしてカウンタをカウントアップすることによって、データセンター6は、移動局9へ、データの提供に対する料金を支払い、移動体端末14へ、補正情報の提供に対する料金の徴収を行なうことができる。
【0065】
上記では、データセンター6が移動局用カウンタ35と移動体端末用カウンタ36とを有する例を説明したが、課金の方法は、これらに限られるわけではない。
図8では、課金部34へ移動体端末用カウンタ36を備える例を説明したが、移動体端末14がカウンタを有する場合であってもよい。
図10は、移動体端末14にカウンタを備えた場合の課金に関するデータの流れを示した図である。
予め移動体端末14が測位システムを利用する場合に、予め利用料金を支払う支払い方法をデータセンター6の移動体端末登録部33へ登録する。例えば、クレジットカードによる支払い、銀行口座からの引き落とし等である。
移動体端末14内に、使用状況をカウントアップするカウンタ37と、所定の期間経過後、移動体端末IDとカウンタ値をデータセンター6へ送信するような仕組み(使用回数通知手段38)を備える。移動体端末14は、データセンター6から補正信号を受信する度に、カウンタ37をカウントアップする。
データセンター6は、使用回数通知手段38によって通知された移動体端末IDとカウンタ37が示すカウンタ値によって、料金の支払いを請求する。所定の期間は、定期的であってもよいし、カウンタ値が所定の値を超えた場合であってもよい。
【0066】
さらに、課金の仕組みとして、移動体端末14は、予め、料金を支払うプリペイド方法によって、補正情報に対する料金を支払うことも可能である。例えば、プリペイドカードを購入する方式、あるいは、所定の料金を前払いしてデポジットする方式がある。
移動体端末14は、補正情報をデータセンター6から入手する度に、予め支払った料金から使用料を支払う。
また、この方式は、移動局9からも補正情報を受信したことに対して料金を徴収する場合は、移動局9に適用することも可能である。
さらに、移動局9は、データを提供することを前提に、二周波GPS受信機3を購入する際に、所定の料金を値引きしてもらい、データ提供に関する料金を支払ったことにすることも可能である。
【0067】
また、この実施の形態においても、移動局9及び移動体端末14がデータセンター6とデータを送受信する場合も、無線通信によってデータを送受信することに代えて、図7に示したように、準天頂衛星20を利用することによって、確実に通信を実施することが可能となる。
【0068】
実施の形態8.
上記実施の形態では、GPSを用いて説明したが、GPSに限られることはない。GNSS(Global Navigation Satellite System)の航法システムに含まれる衛星を用いて実現することも可能である。
例えば、実施の形態1では、GPS衛星4を一例として説明したが、GPS衛星4に限られるわけではない。二周波の信号を送信する衛星であれば、他の衛星であってもかまわない。例えば、GPS衛星4の代わりに、準天頂衛星であってもよいし、他の衛星(例えば、GLONASS,GALILEO等)であってもかまわない。また、四つのGPS衛星4の内の一つが他の衛星であってもかまわない。従って、この明細書において、GPS衛星とは、擬似距離を観測できる信号(GPS信号)を送信することができる衛星を含むことになり、二周波GPS衛星は、異なる二つの周波であって、距離を観測できる信号を送信することができる衛星を含む。また、対応するGPS受信機は、GPS信号に相当する二周波の信号を受信すれば、同様の処理・動作を実施することができる。
【0069】
実施の形態9.
上記実施の形態において、データセンター6の補正信号計算手段12等は、プロセッサ(CPU)によって制御されて実行する。従って、データセンター6の機能は、計算機上で実行されるプログラムによって実現することも可能である。また、ソフトウェア、ハードウェアのいずれか、あるいは、それらの組合せによって実現することも可能である。
【0070】
二周波GPS受信機3は、受信したGPS信号に基づいて、観測データ等を計算する機能(計算手段)を有することを前提としている。また、上記計算手段は、観測データを計算する機能や、電離層遅延量等の補正情報を計算する機能を含むことを前提としている。どのような計算機能を有するかは、基準局2、移動局9それぞれが、GPS信号データとしてどのようなデータを送信(出力)するかによって異なる。また、移動体端末14に備えられるGPS受信機15においても測位・補正等する計算機能(計算手段)を有する。上記計算手段は、GPS受信機3が有するプロセッサによって制御される。
また、データセンター6、基準局2、移動局9、移動体端末14において、計算機能(計算手段)に必要な記憶領域を有することはいうまでもない。
【0071】
【発明の効果】
この発明によれば、基準局2と移動体端末14の距離が一定以上離れた場合でも高精度の補正情報を生成し、移動体端末14において高精度の測位を可能となるため、基準局2の設置および運用にかかる費用を低減することができ、その効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による高精度測位システムを説明するための図である。
【図2】 従来の方法に基づくGPS補正情報が基準局と移動体端末の距離が増大すると精度が劣化することを説明するための図である。
【図3】 この発明の実施の形態1によるGPS補正情報により基準局と移動体端末の距離が大きい場合にも補正が可能であることを説明するための図である。
【図4】 基準局からの距離を複数ブロックに分割して補正信号を対応させた図である。
【図5】 この発明による高精度測位システムにおいてGPS補正情報の精度が劣化する状態を説明するための図である。
【図6】 信頼度の算出方法の一例を表す図である。
【図7】 GPS衛星及び準天頂衛星を含む測位システムの例を示した図である。
【図8】 実施の形態の7データセンター6の構成の一例を示す図である。
【図9】 課金に関するデータの流れの一例を示した図である。
【図10】 移動体端末14にカウンタを備えた場合の課金に関するデータの流れを示した図である。
【符号の説明】
1 測位システム(高精度測位システム)、2 基準局、3 二周波GPS受信機、4 GPS衛星、5 送信手段(送信部)、6 データセンター、7 受信手段(受信部)、8 サービスエリア、9 移動局、10 無線送信手段、11 無線受信手段、12 補正信号計算手段、13 補正信号送信手段、14 移動体端末、15 GPS受信機、16 補正信号受信手段、20 準天頂衛星、30 通信部、31 位置情報記録部、32 移動局登録部、33 移動体端末登録部、34 課金部、35 移動局用カウンタ、36 移動体端末用カウンタ、37 カウンタ、38 使用回数通知手段、111,112,121,122 領域。
Claims (2)
- GPS(Global Positioning System)衛星から送信されるGPS信号を用いて自己の位置を測位する移動体端末に対して位置を補正する測位補正情報を生成して送信するデータセンターにおいて、
二つの異なる周波数のGPS信号を受信する二周波GPS受信機を備え、所定のサービスエリア内に設置された位置が既知である基準局から、電離層遅延による上記GPS衛星と基準局との距離誤差を示す電離層遅延量Fibと上記電離層遅延以外による距離誤差を示す疑似距離補正量Enとを含む信号データAを受信するとともに、二つの異なる周波数のGPS信号を受信する上記所定のサービスエリア内を移動する移動局から、電離層遅延による上記GPS衛星と移動局との距離誤差を示す電離層遅延量Fimと移動局の位置を示す移動局位置データとを含む信号データBを受信する受信部と、
上記所定のサービスエリアを複数の領域に分割し、
分割した複数の領域ごとに、領域内の所定の位置と上記基準局の位置とに基づいて上記領域内の所定の位置と基準局との距離drを求め、
上記分割した複数の領域ごとに、上記領域内の所定の位置と上記受信部が受信した信号データBが含む移動局位置データとに基づいて上記領域内の所定の位置と上記移動局との距離dmを求め、
上記分割した複数の領域ごとに、上記距離drと上記距離dmと上記受信部が受信した信号データAが含む電離層遅延量Fibと信号データBが含む電離層遅延量Fimとに基づいて上記領域内の所定の位置における電離層遅延量Firを算出し、
上記分割した複数の領域ごとに、上記電離層遅延量Firと上記受信部が受信した信号データAが含む疑似距離補正量Enとに基づいて上記領域内の所定の位置における疑似距離補正量Drrを算出し、
算出した複数の領域ごとの疑似距離補正量Drrと各領域の範囲を示す情報とを対応させて上記測位補正情報を生成する補正信号計算部と、
上記補正信号計算部が生成した測位補正情報を上記移動体端末に送信する送信部と
を備えることを特徴とするデータセンター。 - 上記補正信号計算部は、上記分割した複数の領域ごとに、上記疑似距離補正量Drrの精度を示す精度データを上記距離drに基づいて生成し、生成した複数の領域ごとの精度データと上記複数の領域ごとの疑似距離補正量Drrと上記各領域の範囲を示す情報とを対応させて上記測位補正情報を生成することを特徴とする請求項1記載のデータセンター。
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