JP4400330B2 - 位置検出装置及び位置検出方法 - Google Patents
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Description
前記基準衛星が観測不能となった場合、観測可能な複数の衛星の中から前記基準衛星以外の他の衛星を新たな基準衛星として、過去の観測データを用いて整数値バイアスの推定を実行することを特徴とし、
前記新たな基準衛星とされる他の衛星は、前記基準衛星が観測不能となる周期より前に、予備基準衛星として選定されており、
前記予備基準衛星の選定後、整数値バイアスの推定に必要な処理が、所定周期毎に、前記基準衛星及び前記予備基準衛星をそれぞれ基準として並列的に実行されており、該処理により得られるデータが、前記過去の観測データとして用いられ、
前記新たな基準衛星とされる他の衛星は、前記基準衛星が観測不能となる周期より前に、予備基準衛星として選定されており、
前記予備基準衛星の選定後、前記予備基準衛星を基準として設定された共分散が、所定周期毎に観測データを用いて更新され、前記過去の観測データとして用いられ、
前記移動局は車両であり、当該位置検出装置は該車両に搭載され、
前記車両の移動に関する動的状態量を検出する検出手段を備え、該動的状態量の検出結果が整数値バイアスの推定に用いられる、位置検出装置が提供される。
移動局により観測可能な複数の衛星の中から1つの基準衛星を選定し、所定周期毎に、移動局が観測する観測データを用いて、各衛星からの衛星信号の搬送波位相の積算値を算出し、前記基準衛星に係る積算値を基準とした他の衛星に係る積算値の位相差を算出し、該位相差を用いて、前記基準衛星を基準とした第1の共分散データを更新する第1の共分散更新手段と、
移動局により観測可能な複数の衛星の中から前記基準衛星とは異なる予備基準衛星を選定し、所定周期毎に、移動局が観測する観測データを用いて、各衛星からの衛星信号の搬送波位相の積算値を算出し、前記予備基準衛星に係る積算値を基準とした他の衛星に係る積算値の位相差を算出し、該位相差を用いて、前記予備基準衛星を基準とした第2の共分散データを更新する第2の共分散更新手段と、
前記第1の共分散更新手段により得られる第1の共分散データを用いて整数値バイアスを推定する整数値バイアス推定手段とを備え、
前記第1の共分散更新手段及び前記第2の共分散更新手段による更新は並列的に実行され、
前記整数値バイアス推定手段は、前記基準衛星が観測不能となった場合、前記第2の共分散更新手段により得られる第2の共分散データを用いて整数値バイアスを推定することを特徴とする、位置検出装置が提供される。
移動局が所定周期毎に観測する観測データを用いて、所定周期毎に、前記基準衛星を基準とした第1の共分散データを更新する第1の共分散更新ステップと、
観測可能な複数の衛星の中から前記基準衛星以外の衛星を予備基準衛星として選定する予備基準衛星選定ステップと、
前記予備基準衛星選定ステップ後、所定周期毎に、前記第1の共分散更新ステップと並列的に実行され、移動局が所定周期毎に観測する観測データを用いて、前記予備基準衛星を基準とした第2の共分散データを更新する第2の共分散更新ステップと、
前記第1の共分散更新ステップにより得られた第1の共分散データに基づいて、各衛星からの衛星信号の搬送波位相の積算値に含まれる整数値バイアスを推定し、該推定した整数値バイアスに基づいて移動局の位置を検出する位置検出ステップとを含み、
前記位置検出ステップでは、前記基準衛星が観測不能となった場合に、前記第2の共分散更新ステップにより得られた第2の共分散データに基づいて、前記整数値バイアスの推定が実行されることを特徴とする、位置検出方法が提供される。
Φiu(t)=Θiu(t)−Θiu(t−τu)+Niu+εiu(t) 式(1)
ここで、τuは、GPS衛星10からGPS受信機32までのトラベル時間を示し、εiuは、ノイズ(誤差)を表わす。尚、位相差の観測開始時点では、GPS受信機32は、搬送波位相の1波長以内の位相を正確に測定できるが、それが何波長目に相当するかを確定できない。このため、位相積算値Φiu(t)には、上式に示すように、不確定な要素として整数値バイアスNiuが導入される。
Φib(t)=Θib(t)−Θib(t−τb)+Nib+εib(t) 式(2)
尚、Nibは、整数値バイアスを示し、εibは、ノイズ(誤差)を表わす。尚、位相積算値Φibについて、添え字bは基準局20側での積算値であることを示す。基準局20は、計測した位相積算値Φibを通信施設23を介して移動局30に送信する。尚、基準局20は、所定領域に複数設置されている。各基準局20と通信施設23(複数も可)とは、図2に示すように、インターネット等のネットワークを介して接続されてよく、若しくは、各基準局20毎に通信施設23が設けられてもよい。前者の構成では、移動局30は、通信施設23との間で通信可能な状態である限り、各基準局20が受信した情報を得ることができる。
d/dt[Xu、Yu、Zu]T=rot(φ、λ)・rot(ψ)・[Vx、Vy]T 式(3)
ここで、[]Tは行列の転置を意味し、rot(φ、λ)及びrot(ψ)は、次の通りとする。
Xu(tn)=Xu(tn−1)+DT・U01 式(4)
Yu(tn)=Yu(tn−1)+DT・U02 式(5)
Zu(tn)=Zu(tn−1)+DT・U03 式(6)
よって、最終的な既知入力は、次の通りとなる。
U=[DT・U01、DT・U02、DT・U03]T 式(6−1)
尚、上式において、DTは、サンプル時間(データ更新間隔)であり、tn=tn−1+DTである。尚、以下では、説明上、サンプル時間DTは、上述のGPS受信機22,32による位相積算値の演算周期と同一であるとする。
Φjhbu=(Φjb(t)−Φju(t))−(Φhb(t)−Φhu(t)) 式(7)
一方、位相積算値の2重位相差Φjhbuは、(GPS衛星10iとGPS受信機22若しくは32との距離)=(搬送波の波長L)×(位相積算値)という物理的な意味合いから、次のようになる。
η(tn)=η(tn−1)+U(tn−1)+W(tn−1) 式(9)
ここで、η(tn)は、時刻t=tnでの状態変数を表わし、移動局30の位置[Xu(tn)、Yu(tn)、Zu(tn)]、及び、整数値バイアスの2重位相差Nijbuである(但し、i≠j)。ここで、整数値バイアスの2重位相差Nijbuは少なくとも4個以上必要であり、例えば、5つのGPS衛星100〜4が観測可能な場合、GPS衛星100を基準として、η=[Xu、Yu、Zu、N01bu、N02bu、N03bu、N04bu]であってよい。尚、U及びWは、それぞれ、上述の既知入力及び外乱(システム雑音:正規性白色雑音)である。
Z(tn)=H(tn)・η(tn)+V(tn) 式(10)
を用いて、ここで、Z及びVは、それぞれ、観測量及び観測ノイズ(正規性白色雑音)を示す。観測量Zは、位相積算値の2重位相差(上記式(7)参照)である。上記式(9)の状態方程式は線形であるが、観測量Zは、状態変数Xu、Yu及びZuに関して非線形であるため、式(8)の各項が状態変数Xu、Yu及びZuのそれぞれで偏微分され、式(10)のHが求められる。
時間更新として、
η(tn)(−)=η(tn−1)(+)+U(tn−1) 式(11)
P(tn)(−)=P(tn−1)(+)+Q(tn−1) 式(12)
また、観測更新として、
K(tn)=P(tn)(−)・HT(tn)・(H(tn)・P(tn)(−)・HT(tn)+R(tn))−1 式(13)
η(tn)(+)=η(tn)(−)+K(tn)・(Z(tn)−H(tn)・η(tn)(−)) 式(14)
P(tn)(+)=P(tn)(−)−K(tn)・H(tn)・P(tn)(−) 式(15)
ここで、Q,Rは、外乱の共分散行列及び観測ノイズの共分散行列をそれぞれ表わす。尚、上記式(11)及び式(14)がフィルタ方程式、上記式(13)がフィルタゲイン、上記式(12)及び式(15)が共分散方程式となる。また、上付き文字で示す(−)及び(+)は、更新前後を示す。
MBDA法等が使用されてよい。また、GPS受信機22、32が、GPS衛星10から発射されるL1波及びL2波の双方を受信可能な2周波受信機である場合には、L1波及びL2波のそれぞれに対して上述と同様の推定を同時・並列的に実行し、双方の周期の和(ワイドレーン)を作成して整数値バイアスの整数解の候補を絞り込んでもよい。
20 基準局
22 基準局側GPS受信機
30 移動局
32 移動局側GPS受信機
34 位置検出装置
40 演算器
42 衛星位置算出部
44 動的状態量導入部
48 整数値バイアス推定部
Claims (7)
- 移動局により観測可能な複数の衛星の中から1つの基準衛星を選定し、移動局が所定周期毎に観測する観測データを用いて、各衛星からの衛星信号の搬送波位相の積算値に含まれる整数値バイアスを、前記基準衛星に係る積算値を基準とした他の衛星に係る積算値の位相差に基づいて推定し、該推定した整数値バイアスに基づいて移動局の位置を検出する位置検出装置であって、
前記基準衛星が観測不能となった場合、観測可能な複数の衛星の中から前記基準衛星以外の他の衛星を新たな基準衛星として、過去の観測データを用いて整数値バイアスの推定を実行することを特徴とし、
前記新たな基準衛星とされる他の衛星は、前記基準衛星が観測不能となる周期より前に、予備基準衛星として選定されており、
前記予備基準衛星の選定後、整数値バイアスの推定に必要な処理が、所定周期毎に、前記基準衛星及び前記予備基準衛星をそれぞれ基準として並列的に実行されており、該処理により得られるデータが、前記過去の観測データとして用いられ、
前記新たな基準衛星とされる他の衛星は、前記基準衛星が観測不能となる周期より前に、予備基準衛星として選定されており、
前記予備基準衛星の選定後、前記予備基準衛星を基準として設定された共分散が、所定周期毎に観測データを用いて更新され、前記過去の観測データとして用いられ、
前記移動局は車両であり、当該位置検出装置は該車両に搭載され、
前記車両の移動に関する動的状態量を検出する検出手段を備え、該動的状態量の検出結果が整数値バイアスの推定に用いられる、位置検出装置。 - 移動局が所定周期毎に観測する衛星信号の搬送波位相の積算値に含まれる整数値バイアスを推定して移動局の位置を検出する位置検出装置であって、
移動局により観測可能な複数の衛星の中から1つの基準衛星を選定し、所定周期毎に、移動局が観測する観測データを用いて、各衛星からの衛星信号の搬送波位相の積算値を算出し、前記基準衛星に係る積算値を基準とした他の衛星に係る積算値の位相差を算出し、該位相差を用いて、前記基準衛星を基準とした第1の共分散データを更新する第1の共分散更新手段と、
移動局により観測可能な複数の衛星の中から前記基準衛星とは異なる予備基準衛星を選定し、所定周期毎に、移動局が観測する観測データを用いて、各衛星からの衛星信号の搬送波位相の積算値を算出し、前記予備基準衛星に係る積算値を基準とした他の衛星に係る積算値の位相差を算出し、該位相差を用いて、前記予備基準衛星を基準とした第2の共分散データを更新する第2の共分散更新手段と、
前記第1の共分散更新手段により得られる第1の共分散データを用いて整数値バイアスを推定する整数値バイアス推定手段とを備え、
前記第1の共分散更新手段及び前記第2の共分散更新手段による更新は並列的に実行され、
前記整数値バイアス推定手段は、前記基準衛星が観測不能となった場合、前記第2の共分散更新手段により得られる第2の共分散データを用いて整数値バイアスを推定することを特徴とする、位置検出装置。 - 前記予備基準衛星は1つだけ選定されており、
前記基準衛星が観測不能となった場合、前記第1の共分散更新手段は、前記予備基準衛星を基準衛星として、前記第2の共分散更新手段による更新処理を引き継ぎ、前記第2の共分散更新手段は、前記予備基準衛星とは異なる新たな予備基準衛星を選定し、該新たな予備基準衛星に対して前記更新処理を開始する、請求項2記載の位置検出装置。 - 前記予備基準衛星は複数選定されており、
前記基準衛星が観測不能となった場合、前記整数値バイアス推定手段は、継続して観測されている時間の最も長い予備基準衛星に係る第2の共分散データを用いて、前記整数値バイアス推定処理を行う、請求項2記載の位置検出装置。 - 前記予備基準衛星は複数選定されており、
前記基準衛星が観測不能となった場合、前記整数値バイアス推定手段は、その時点で最も分散が小さい予備基準衛星に係る第2の共分散データを用いて、前記整数値バイアス推定処理を行う、請求項2記載の位置検出装置。 - 移動局により観測可能な複数の衛星の中から1つの基準衛星を選定する基準衛星選定ステップと、
移動局が所定周期毎に観測する観測データを用いて、所定周期毎に、前記基準衛星を基準とした第1の共分散データを更新する第1の共分散更新ステップと、
観測可能な複数の衛星の中から前記基準衛星以外の衛星を予備基準衛星として選定する予備基準衛星選定ステップと、
前記予備基準衛星選定ステップ後、所定周期毎に、前記第1の共分散更新ステップと並列的に実行され、移動局が所定周期毎に観測する観測データを用いて、前記予備基準衛星を基準とした第2の共分散データを更新する第2の共分散更新ステップと、
前記第1の共分散更新ステップにより得られた第1の共分散データに基づいて、各衛星からの衛星信号の搬送波位相の積算値に含まれる整数値バイアスを推定し、該推定した整数値バイアスに基づいて移動局の位置を検出する位置検出ステップとを含み、
前記位置検出ステップでは、前記基準衛星が観測不能となった場合に、前記第2の共分散更新ステップにより得られた第2の共分散データに基づいて、前記整数値バイアスの推定が実行されることを特徴とする、位置検出方法。 - 請求項6記載の位置検出方法を実行するためのコンピューター読取り可能なプログラムが記憶された記憶媒体。
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