JP4577036B2 - 通信基地局 - Google Patents

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Description

本発明は、通信基地局間において同一のクロックなどの共通の基準タイミングを持たない基地局間非同期方式の通信網における測位システム、端末装置、通信基地局、端末装置の制御方法、端末装置の制御プログラムに関するものである。
従来、例えば、CDMA(Code Devision Multiple Access)方式のいわゆるデジタル移動通信システムにおいて、複数の基地局間における時刻同期を確保する技術が提案されている(例えば、特許文献1)。このような技術によって、基地局間において時刻同期がとられている場合には、複数の基地局と移動無線端末装置間での受信信号の到達時間差により位置を検出することができる(例えば、特開平7―181242号公報)。
特表2003―509953号公報(図1等)
しかし、全国に多数存在する基地局間において時刻同期をとるためのシステムの構築のためには、経済的負担が大きいという問題がある。
そこで、本発明は、通信基地局の大幅なシステム変更を必要とすることなく、通信基地局からの通信電波を使用する測位に使用するための相対的に精度が高い情報を選択的に提供することができる基地局間非同期方式の通信網における測位システム、端末装置、通信基地局、端末装置の制御方法、端末装置の制御プログラムを提供することを目的とする。
前記目的は、第1の発明によれば、測位をする端末装置と、前記端末装置の通信を仲介する通信基地局と、前記通信基地局と通信可能な複数の情報提供装置と、を有する通信基地局間非同期の測位システムであって、前記情報提供装置は、測位衛星からの衛星電波に基づいて、前記情報提供装置の位置を示す測位位置情報を生成する測位位置情報生成手段と、前記測位位置情報生成手段による測位の精度を示す測位精度情報を生成する測位精度情報生成手段と、前記通信基地局に対して、前記測位精度情報を送信する測位精度情報送信手段と、前記測位衛星からの前記衛星電波に基づいて、前記測位衛星の時刻である衛星時刻を示す衛星時刻情報を生成する衛星時刻情報生成手段と、前記通信基地局から送信時刻を示す送信時刻情報を含むフレームを受信するフレーム受信手段と、特定の前記フレームを受信した前記衛星時刻と、前記通信基地局の位置を示す基地局位置情報及び前記情報提供装置の位置を示す情報提供装置位置情報に基づいて、特定の前記フレームが送信された前記衛星時刻を示す送信衛星時刻情報を生成する送信衛星時刻情報生成手段と、前記通信基地局が生成する前記送信時刻の基礎となる基礎周波数と、前記基礎周波数と前記通信基地局の通信電波の基準周波数との関係を示す情報と、前記通信電波の受信周波数とに基づいて、前記基礎周波数の偏移を示す周波数偏移情報を生成し、前記周波数偏移情報に基づいて、前記送信時刻の誤差を示す送信時刻誤差情報を生成する送信時刻誤差情報生成手段と、前記通信基地局に対して、前記送信衛星時刻情報、前記送信時刻誤差情報を含む時刻情報を送信する時刻情報送信手段と、を有し、前記通信基地局は、複数の前記情報提供装置から、前記送信衛星時刻情報、前記送信時刻誤差情報を含む時刻情報を取得する時刻情報取得手段と、前記情報提供装置から、前記測位精度情報を取得する測位精度情報取得手段と、前記測位精度情報に基づいて、前記時刻情報を選択して、被選択時刻情報を取得する時刻情報選択手段と、を有し、前記端末装置は、前記測位衛星からの前記衛星電波に基づいて、前記衛星時刻を示す端末側衛星時刻情報を生成する端末側衛星時刻情報生成手段と、前記通信基地局から前記被選択時刻情報を取得する被選択時刻情報取得手段と、前記通信基地局から前記フレームを受信する端末側フレーム受信手段と、特定の前記フレームを受信した前記衛星時刻を示す端末側受信衛星時刻情報を生成する端末側受信衛星時刻情報生成手段と、3個以上の前記通信基地局の前記基地局位置情報、前記送信時刻情報、前記送信衛星時刻情報、前記送信時刻誤差情報及び前記端末側受信衛星時刻情報に基づいて、前記端末装置の位置を測位する通信電波測位手段と、を有することを特徴とする通信基地局間非同期の測位システムにより達成される。
第1の発明の構成によれば、前記情報提供装置は、前記測位位置情報生成手段を有するから、前記測位位置情報を生成することができる。そして、前記情報提供装置は、前記測位精度情報生成手段を有するから、前記測位位置情報生成手段による測位の精度を示す測位精度情報を生成することができる。
そして、前記情報提供装置は、前記測位精度情報送信手段を有するから、前記通信基地局に対して、前記測位精度情報を送信することができる。ここで、前記測位精度情報に示される前記測位の精度が高いほど、前記衛星電波の受信状態が良好であることを意味する。
そして、前記情報提供装置は、前記衛星時刻情報生成手段によって、前記衛星時刻情報を生成することができる。複数の前記衛星信号に基づいて、現在位置の測位を行い、その結果として前記測位位置情報とともに正確な前記衛星時刻を取得することができる。
また、前記情報提供装置は、前記送信衛星時刻情報生成手段を有するから、前記送信衛星時刻情報を生成することができ、前記送信時刻誤差情報生成手段を有するから、前記送信時刻誤差情報を生成することができる。ここで、前記送信時刻誤差情報を生成するために使用する前記周波数偏移情報は、前記基礎周波数のずれを示す情報であるから、前記送信時刻誤差情報を生成するための情報として使用することができるのである。
前記送信衛星時刻情報は、前記通信基地局から特定の前記フレームが送信された前記衛星時刻を示す情報である。一方、前記送信時刻誤差情報は、前記通信基地局の生成する前記送信時刻自体の誤差を示す情報である。すなわち、前記送信衛星時刻情報と前記送信時刻誤差情報は、異なる性質を有する。ここで、前記周波数偏移情報に基づいて生成する前記時刻誤差情報の精度は、前記送信衛星時刻情報の精度よりも高いことがわかっている。このため、前記時刻誤差情報は、前記送信衛星時刻誤差情報を補完するために使用することができる。
そして、前記情報提供装置は、前記時刻情報送信手段を有するから、前記通信基地局に対して、前記時刻情報を送信することができる。
以上のように前記情報提供装置は、前記通信基地局に対して、前記測位精度情報、及び、前記送信衛星時刻情報及び前記送信時刻誤差情報を含む時刻情報を送信することができる。
そして、前記通信基地局は、前記測位精度情報取得手段によって、前記測位精度情報を取得することができ、前記時刻情報取得手段によって、前記情報提供装置から前記時刻情報を取得することができる。
さらに、前記通信基地局は、前記時刻情報選択手段を有するから、前記測位精度情報に基づいて、前記時刻情報を選択して前記被選択時刻情報を取得することができる。
上述のように、前記衛星電波に基づいて生成される前記測位位置情報の精度を示す前記測位精度情報に示される前記測位の精度が高いほど、前記衛星電波の受信状態が良好であることを意味する。
一方、前記送信衛星時刻情報は、前記衛星電波に基づいて生成された前記衛星時刻情報に示される前記衛星時刻を使用して生成される。したがって、前記衛星時刻が正確であるほど、前記送信衛星時刻情報の精度が高くなる。すなわち、前記衛星電波の受信状態が良好であるほど、前記送信衛星時刻情報の精度が高いことを意味する。
このため、前記測位精度情報に示される前記測位の精度が高いほど、前記送信衛星時刻情報の精度も高い。
そこで、前記通信基地局は、複数の前記情報提供装置から前記時刻情報を受信し、前記測位精度情報に基づいて、精度の高い前記時刻情報を選択することができるのである。
上述のように、前記通信基地局は、前記送信時刻を前記衛星時刻に同期させるのではなくて、前記被選択時刻情報を取得するだけであるから、その構成は簡易であり、前記通信基地局の大幅なシステム変更を必要としない。
これにより、通信基地局の大幅なシステム変更を必要とすることなく、通信基地局からの通信電波を使用する測位に使用するための相対的に精度が高い情報を選択的に提供することができる。
そして、前記端末装置は、前記被選択時刻情報取得手段によって、前記通信基地局から前記被選択時刻情報を取得することができる。
そして、前記端末装置は、前記端末側フレーム受信手段によって、前記通信装置から
前記フレームを受信することができる。
そして、3個以上の前記通信基地局について、前記基地局位置情報、前記送信時刻情報、前記送信衛星時刻情報、前記送信時刻誤差情報及び前記端末側受信衛星時刻情報を有する場合には、各前記通信基地局から前記通信電波が前記端末装置に到達するまでの伝搬時間を正確に算出することができるから、前記通信電波測位手段による測位が可能である。
そして、前記被選択時刻情報は、複数の前記情報提供装置からの前記時刻情報から、精度の高いものとして選択されたものであるから、前記通信電波測位手段による測位も精度の高いものになる。
前記目的は、第2の発明によれば、端末装置の通信を仲介する通信基地局と通信可能な情報提供装置であって、測位衛星からの衛星電波に基づいて、前記情報提供装置の位置を示す測位位置情報を生成する測位位置情報生成手段と、前記測位位置情報生成手段による測位の精度を示す測位精度情報を生成する測位精度情報生成手段と、前記通信基地局に対して、前記測位精度情報を送信する測位精度情報送信手段と、前記測位衛星からの前記衛星電波に基づいて、前記測位衛星の時刻である衛星時刻を示す衛星時刻情報を生成する衛星時刻情報生成手段と、前記通信基地局から送信時刻を示す送信時刻情報を含むフレームを受信するフレーム受信手段と、特定の前記フレームを受信した前記衛星時刻と、前記通信基地局の位置を示す基地局位置情報及び前記情報提供装置の位置を示す情報提供装置位置情報に基づいて、特定の前記フレームが送信された前記衛星時刻を示す送信衛星時刻情報を生成する送信衛星時刻情報生成手段と、前記通信基地局が生成する前記送信時刻の基礎となる基礎周波数と、前記基礎周波数と前記通信基地局の通信電波の基準周波数との関係を示す情報と、前記通信電波の受信周波数とに基づいて、前記基礎周波数の偏移を示す周波数偏移情報を生成し、前記周波数偏移情報に基づいて、前記送信時刻の誤差を示す送信時刻誤差情報を生成する送信時刻誤差情報生成手段と、前記通信基地局に対して、前記送信衛星時刻情報、前記送信時刻誤差情報を含む時刻情報を送信する時刻情報送信手段と、を有することを特徴とする情報提供装置によって達成される。
第2の発明の構成によれば、通信基地局の大幅なシステム変更を必要とすることなく、通信基地局からの通信電波を使用する測位に使用するための相対的に精度が高い情報を選択的に提供するための基礎となる情報を提供することができる。
前記目的は、第3の発明によれば、端末装置の通信を仲介する通信基地局であって、情報提供装置から、測位衛星からの衛星電波に基づく前記情報提供装置の測位の精度を示す測位精度情報を取得する測位精度情報取得手段と、複数の前記情報提供装置から、前記通信基地局からフレームが送信された測位衛星の時刻である衛星時刻を示す送信衛星時刻情報、及び、前記通信基地局が生成する前記フレームの送信時刻の基礎となる基礎周波数の偏移を示す周波数偏移情報に基づいて生成された前記送信時刻の誤差を示す送信時刻誤差情報を含む時刻情報を取得する時刻情報取得手段と、前記測位精度情報に基づいて、前記時刻情報を選択し、被選択時刻情報を取得する被選択時刻情報取得手段と、を有することを特徴とする通信基地局によって達成される。
第3の発明の構成によれば、通信基地局の大幅なシステム変更を必要とすることなく、通信基地局からの通信電波を使用する測位に使用するための相対的に精度が高い情報を選択的に提供することができる。
第4の発明は、第3の発明の構成において、前記測位精度情報は、前記測位衛星の天空上の配置によって規定される測位精度低下率を示す情報を含むことを特徴とする通信基地局である。
第4の発明の構成によれば、前記測位精度情報は、前記測位衛星の天空上の配置によって規定される測位精度低下率を示す情報を含むから、前記通信基地局は、前記測位精度低下率に基づいて、前記被選択時刻情報を取得することができる。
第5の発明は、第3の発明又は第4の発明のいずれかの構成において、前記測位精度情報は、測位誤差を示す情報を含むことを特徴とする通信基地局である。
第5の発明の構成によれば、前記測位精度情報は、測位誤差を示す情報を含むから、前記通信基地局は、前記測位誤差に基づいて、前記被選択時刻情報を取得することができる。
第6の発明は、第3の発明乃至第5の発明のいずれかの構成において、オープンスカイ領域を示すオープンスカイ領域情報を格納するオープンスカイ領域情報格納手段を有し、 前記測位精度情報は、前記情報提供装置の測位位置を示す情報を含み、前記時刻情報選択手段は、前記測位位置が、前記オープンスカイ領域内か否かによって、前記時刻情報を選択する構成となっていることを特徴とする通信基地局である。
ここで、前記オープンスカイ領域とは例えば、地平線から仰角5度以上の範囲に遮蔽物がない状態である。したがって、オープンスカイ領域内においては、前記測位衛星からの前記衛星電波が直接波として前記情報提供装置に到達し、反射波として到達することは少ない。このため、前記時刻情報の精度は高い。
この点、第6の発明の構成によれば、前記時刻情報選択手段は、前記測位位置が、前記オープンスカイ領域内か否かによって、前記時刻情報を選択する構成となっているから、確実な根拠に基づいて、精度が高い前記被選択時刻情報を取得することができる。
前記目的は、第7の発明によれば、端末装置の通信を仲介する通信基地局と通信可能な情報提供装置が、測位衛星からの衛星電波に基づいて、前記情報提供装置の位置を示す測位位置情報を生成する測位位置情報生成ステップと、前記情報提供装置が、前記測位位置情報生成ステップにおける測位の精度を示す測位精度情報を生成する測位精度情報生成ステップと、前記情報提供装置が、前記通信基地局に対して、前記測位精度情報を送信する測位精度情報送信ステップと、前記情報提供装置が、前記測位衛星からの前記衛星電波に基づいて、前記測位衛星の時刻である衛星時刻を示す衛星時刻情報を生成する衛星時刻情報生成ステップと、前記情報提供装置が、前記通信基地局から送信時刻を示す送信時刻情報を含むフレームを受信するフレーム受信ステップと、前記情報提供装置が、特定の前記フレームを受信した前記衛星時刻と、前記通信基地局の位置を示す基地局位置情報及び前記情報提供装置の位置を示す情報提供装置位置情報に基づいて、特定の前記フレームが送信された前記衛星時刻を示す送信衛星時刻情報を生成する送信衛星時刻情報生成ステップと、前記情報提供装置が、前記通信基地局が生成する前記送信時刻の基礎となる基礎周波数と、前記基礎周波数と前記通信電波の基準周波数との関係を示す情報と、前記通信基地局の通信電波の受信周波数とに基づいて、前記基礎周波数の偏移を示す周波数偏移情報を生成し、前記周波数偏移情報に基づいて、前記送信時刻の誤差を示す送信時刻誤差情報を生成する送信時刻誤差情報生成ステップと、前記情報提供装置が、前記通信基地局に対して、前記送信衛星時刻情報、前記送信時刻誤差情報を含む時刻情報を送信する時刻情報送信ステップと、を有することを特徴とする情報提供装置の制御方法によって達成される。
第7の発明の構成によれば、第2の発明の構成と同様に、通信基地局の大幅なシステム変更を必要とすることなく、通信基地局からの通信電波を使用する測位に使用するための相対的に精度が高い情報を選択的に提供するための基礎となる情報を提供することができる。
前記目的は、第8の発明によれば、コンピュータに、端末装置の通信を仲介する通信基地局と通信可能な情報提供装置が、測位衛星からの衛星電波に基づいて、前記情報提供装置の位置を示す測位位置情報を生成する測位位置情報生成ステップと、前記情報提供装置が、前記測位位置情報生成ステップにおける測位の精度を示す測位精度情報を生成する測位精度情報生成ステップと、前記情報提供装置が、前記通信基地局に対して、前記測位精度情報を送信する測位精度情報送信ステップと、前記情報提供装置が、前記測位衛星からの前記衛星電波に基づいて、前記測位衛星の時刻である衛星時刻を示す衛星時刻情報を生成する衛星時刻情報生成ステップと、前記情報提供装置が、前記通信基地局から送信時刻を示す送信時刻情報を含むフレームを受信するフレーム受信ステップと、前記情報提供装置が、特定の前記フレームを受信した前記衛星時刻と、前記通信基地局の位置を示す基地局位置情報及び前記情報提供装置の位置を示す情報提供装置位置情報に基づいて、特定の前記フレームが送信された前記衛星時刻を示す送信衛星時刻情報を生成する送信衛星時刻情報生成ステップと、前記情報提供装置が、前記通信基地局が生成する前記送信時刻の基礎となる基礎周波数と、前記基礎周波数と前記通信電波の基準周波数との関係を示す情報と、前記通信基地局の通信電波の受信周波数とに基づいて、前記基礎周波数の偏移を示す周波数偏移情報を生成し、前記周波数偏移情報に基づいて、前記送信時刻の誤差を示す送信時刻誤差情報を生成する送信時刻誤差情報生成ステップと、前記情報提供装置が、前記通信基地局に対して、前記送信衛星時刻情報、前記送信時刻誤差情報を含む時刻情報を送信する時刻情報送信ステップと、を実行させることを特徴とする情報提供装置の制御プログラムによって達成される。
以下、この発明の好適な実施の形態を添付図面等を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
図1は、本発明の実施の形態に係る測位システム10を示す概略図である。
図1に示すように、測位システム10は、固定位置に位置する通信基地局40(以下、基地局40と呼ぶ)を有する。この基地局40は、後述の測位端末60等の通信を仲介する通信基地局の一例である。
測位システム10は、また、基地局40と通信可能な端末20A,20B及び20Cを有する。端末20A等は、情報提供装置の一例である。
測位システム10は、また、基地局40と通信可能な測位端末60を有する。測位端末60は、端末装置の一例である。
基地局40は通信電波CSを送信し、通信圏Z内に位置する端末20A等及び測位端末60と通信することができる。
端末20A等は、測位衛星である例えば、GPS衛星12a,12b,12c及び12dからの衛星電波である例えば、衛星電波S1,S2,S3及びS4を受信することができるようになっている。
端末20A等及び測位端末60は例えば、携帯電話機、PHS(Personal Handy−phone System)、PDA(Personal Digital Assistance等であるが、これらに限らない。
なお、基地局40は、複数存在するが、図示を省略している。なお、異なる基地局40を意味するものとして、本実施の形態において、基地局40A、40B、40C(図示せず)を記載する場合がある。そして、基地局40等と呼ぶときは、基地局40A、40B及び40Cを総称している。
なお、本実施の形態とは異なり、GPS衛星12a等は3個でもよいし、5個以上でもよい。
なお、本実施の形態とは異なり、GPS衛星12a等の替わりに、準天頂衛星を使用してもよい。準天頂衛星は、複数の準天頂衛星のうち少なくとも1個が日本では高仰角である例えば、仰角70度以上となる軌道で運用されるシステムにおける人工衛星である。詳細には、準天頂衛星は、例えば、高度36,000キロメートル(km)の円軌道を赤道から約45度傾けた軌道に置く衛星システムであって、少なくとも3個の準天頂衛星を同期して配置することにより、常に1個の準天頂衛星が日本の天頂付近に滞留するようになっている。このように、準天頂衛星は仰角が高いから、準天頂衛星から受信する電波は、GPS衛星12a等からの衛星電波S1等よりも、マルチパスの影響を受けにくいという利点がある。
(端末20Aの主なハードウエア構成について)
図2は端末20Aの主なハードウエア構成を示す概略図である。
なお、端末20B及び20Cの主なハードウエア構成は、端末20Aと同様でので、説明を省略する。
図2に示すように、端末20Aは、コンピュータを有しており、コンピュータは、バス22を有する。
このバス22には、CPU(Central Processing Unit)24、記憶装置26等が接続されている。記憶装置26は例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等である。
また、このバス22には、各種情報等を入力するための入力装置28、端末GPS受信装置30、端末通信装置32が接続されている。端末20Aは、端末GPS受信装置30によって、GPS衛星12a等から衛星電波S1等を受信することができる。そして、端末20Aは、端末通信装置32によって、通信電波CSを受信することができる。
また、このバス22には、各種情報等を表示するための表示装置34、端末時計36が接続されている。後述のように、端末時計36の時刻は、GPS衛星12a等の時刻(以後、GPS時刻と呼ぶ)と差がない状態に維持されている。
(基地局40の主なハードウエア構成について)
図3は基地局40の主なハードウエア構成を示す概略図である。
図3に示すように、基地局40は、コンピュータを有しており、コンピュータは、バス42を有する。
このバス42には、CPU44、記憶装置46、外部記憶装置48等が接続されている。外部記憶装置48は例えば、HD(Hard Disk)である。
また、このバス42には、各種情報等を入力するための入力装置50、基地局通信装置52が接続されている。基地局通信装置52は、通信電波CSを送信するための構成である。
また、このバス42には、各種情報等を表示するための表示装置54、基地局時計56が接続されている。基地局時計56は、他の基地局40の基地局時計56と同期しておらず、GPS衛星12a等の時刻(以後、GPS時刻と呼ぶ)とも同期していない。
すなわち、基地局40等間においては、時刻同期がとられていない。
(測位端末60の主なハードウエア構成について)
図4は測位端末60の主なハードウエア構成を示す概略図である。
図4に示すように、測位端末60の主なハードウエア構成は、端末20Aと同様である。
(端末20Aの主なソフトウエア構成について)
図5は、端末20Aの主なソフトウエア構成を示す概略図である。
なお、端末20B及び20Cの主なソフトウエア構成は、端末20Aと同様なので、説明を省略する。
図5に示すように、端末20Aは、各部を制御する端末制御部100、図2の端末GPS受信装置30に対応する端末GPS部102、図2の端末通信装置32に対応する端末通信部104、図2の端末時計36に対応する端末計時部106、各種プログラムを格納する端末第1記憶部110、各種情報を格納する端末第2記憶部150を有する。
図5に示すように、端末20Aは、第2記憶部150に、動作モード情報151を格納している。動作モード情報151は、端末20Aが、後述のGPS測位プログラム112によって、定期的に測位を行う動作モードである定期測位モード151a又は、定期的に測位を行わない動作モードである通常モード151bのいずれに設定されているかを示す情報である。
図5に示すように、端末20Aは、第2記憶部150に、衛星軌道情報152を格納している。衛星軌道情報152は、すべてのGPS衛星12a等(図1参照)の概略の軌道を示すアルマナック(Almanac)152a及び、各GPS衛星12a等の精密な軌道を示すエフェメリス(Ephemeris)152bを含む。
端末20Aは、定期測位モード151aに設定されているときに端末GPS部102によってGPS衛星12a等からの衛星電波S1等を受信し、衛星電波S1等からアルマナックを例えば7日ごとに、エフェメリスを例えば4時間ごとに抽出し、常に有効な状態に維持するようになっている。
図5に示すように、端末20Aは、端末第1記憶部110に、GPS測位プログラム112を格納している。GPS測位プログラム112は、端末制御部100が端末GPS部102によって定期的に衛星電波S1等を受信し、端末20Aの位置を測位して、測位位置Qを示す測位位置情報154aを生成するためのプログラムである。測位位置情報154aは、測位位置情報の一例である。そして、GPS測位プログラム112と端末制御部100は、測位位置情報生成手段の一例である。
図5に示すように、端末20Aは、端末第1記憶部110に、測位条件情報生成プログラム114を格納している。測位条件情報生成プログラム114は、端末制御部100が、上述の測位位置情報154aの精度を示すPDOP(Position Dilution of Precision)情報154b及び測位精度情報154cを含む測位条件情報154を生成するためのプログラムである。測位条件情報154は、測位精度情報の一例である。そして、測位条件情報生成プログラム114と端末制御部100は、測位精度情報生成手段の一例である。
ここで、PDOP情報154bに示されるPDOPとは、GPS衛星12a等の天空における配置による測位精度への影響を示す指標である。PDOPの数値は、GPS衛星12a等との擬似距離に単位の誤差があったときに、測位結果に何倍になって現れるかを示すものである。PDOPの値が小さいほど、測位精度は高いという関係がある。
端末制御部100は、測位位置情報154aの生成時に、PDOP情報154bを生成する。PDOP情報154bは、測位精度低下率を示す情報の一例である。
測位精度情報154cは、PositionSigmaという指標を示す情報である。PositionSigmaは、上述のPDOPと、測位誤差を乗算して得られる値である。測位精度情報154cは、測位誤差を示す情報の一例である。
上述の、測位条件情報154は、上述の測位位置情報154aに対応するPDOP情報154b及び測位精度情報154cで構成される。すなわち、測位条件情報154は、測位位置情報154a、PDOP情報154b及び測位精度情報154cを含む。
図5に示すように、端末20Aは、第1記憶部110に、GPS時刻生成プログラム116を格納している。GPS時刻生成プログラム116は、端末制御部100が、GPS衛星12a等からの衛星電波S1等(図1参照)に基づいて、GPS時刻を示すGPS時刻情報156を生成するためのプログラムである。このGPS時刻情報156は衛星時刻情報の一例であり、GPS時刻生成プログラム116と端末制御部100は衛星時刻情報生成手段の一例である。
端末制御部100は、衛星軌道情報152を使用して、端末GPS部102によって受信した複数の衛星電波S1等に基づいて、現在位置の測位を行うとともに、ミリ秒(ms)単位での正確なGPS時刻を示すGPS時刻情報156を生成し、第2記憶部150に格納する。
図5に示すように、端末20Aは、第1記憶部110に、時計補正プログラム118を格納している。時計補正プログラム118は、端末制御部100が、上述のGPS時刻情報156に基づいて、端末計時部106の時刻を、GPS時刻と差がない状態に維持するためのプログラムである。
これにより、基地局40は、端末時計36(図2参照)が計測する時刻をGPS時刻と差がない状態に維持することができる。
図5に示すように、端末20Aは、第1記憶部110に、フレーム受信プログラム120を格納している。フレーム受信プログラム120は、端末制御部100が、端末通信部104によって、基地局40から後述のフレームF1等(図10参照)を受信するためのプログラムである。すなわち、フレーム受信プログラム120、端末制御部100及び端末通信部104は、フレーム受信手段の一例である。
図5に示すように、端末20Aは、第1記憶部110に、時刻情報生成プログラム122を格納している。時刻情報生成プログラム122は、送信GPS時刻情報生成プログラム124及びバイアス情報生成プログラム126を含む。
送信GPS時刻情報生成プログラム124は、端末制御部100が、特定の基地局40から後述の各フレームF1等(図10参照)を受信したGPS時刻tr(図示せず)と、後述の基地局位置情報254(図9参照)及び測位位置情報154aに基づいて、特定の基地局40から各フレームF1等が送信されたGPS時刻tsを示す送信GPS時刻情報162を生成するためのプログラムである。送信GPS時刻情報162は送信衛星時刻情報の一例であり、送信GPS時刻情報生成プログラム124と端末制御部100は送信衛星時刻情報生成手段の一例である。
端末制御部100は、基地局40からの通信電波CSに乗せられた各フレームF1等を受信したGPS時刻trを、端末計時部106によって計測する。
端末制御部100は、基地局位置情報254(図9参照)を、基地局40からのフレームF1等から取得する。
端末制御部100は、測位位置情報154aを、端末第2記憶部150から取得する。
例えば、基地局40の位置P(図9参照)と、端末20Aの位置Qとから、基地局40と端末20Aとの距離d(図示せず)を算出することができる。そして、フレームF1等を乗せた通信電波CS等の伝搬速度は光速C(図示せず)であるから、距離dを通信電波CSが伝搬するのに必要な伝搬時間td(図示せず)を正確に算出することができる。そして、例えば、フレームF1を受信したGPS時刻trから、伝搬時間tdを遡ることによって、送信GPS時刻tsを算出することができ、送信GPS時刻情報162を生成することができる。送信GPS時刻tsは、例えば、基地局40から特定のフレームF1が送信されたGPS時刻であり、ミリ秒(ms)単位で算出することができる。
バイアス情報生成プログラム126は、端末制御部100が、基地局時計56(図3参照)による計時の基礎となる基礎周波数と、この基礎周波数と通信電波CSの基準周波数との関係を示す情報と、通信電波CSの受信周波数とに基づいて、基礎周波数のずれであるドリフトhを算出し、基地局時計56の誤差をナノ秒(ns)単位で示すバイアス情報164を生成するためのプログラムである。すなわち、バイアス情報生成プログラム126と端末制御部100は、送信時刻誤差情報生成手段の一例である。
図6は、バイアス情報生成プログラム126によるバイアス情報164の生成方法の一例を示す説明図である。
基地局40の基地局時計56(図3参照)による計時の基礎となる基礎周波数H1(図6参照)は例えば、水晶発振器(図示せず)によって生成される。この水晶発振器の振動数は、温度によって変化し、水晶発振器の周波数はH1+hとなる。ここで、水晶発振器の周波数の温度による偏移hをドリフトと呼ぶ。
通信電波CSの基準周波数H2は、基礎周波数H1のa倍(aは定数)になっている。端末20Aは、基礎周波数H1及び定数aを示す基地局周波数情報158を第2記憶部150に予め格納している。上述の基礎周波数H1は、基礎周波数の一例である。基準周波数H2は、基準周波数の一例である。定数aは、基礎周波数H1と基準周波数H2との関係を示す情報の一例である。
図6(a)に示すように、ドリフトhが生じていない場合に基地局40が発信する通信電波CSの周波数は基準周波数H2であり、端末20Aが受信する通信電波CSの受信周波数H3は、H2=H1×aに等しい。受信周波数H3は、受信周波数の一例である。ここで、基地局40と端末20Aとの相対移動はなく、ドップラー効果は考慮しなくてよいものとする。
これに対して、図6(b)に示すように、ドリフトhが生じている場合の基地局40からの発信周波数H2Aは(H1+h)×aであり、端末20Aが受信する通信電波CSの受信周波数H3は、H2A=(H1+h)×aとなる。
ここで、端末20Aは、受信周波数H3は計測可能であり、基礎周波数H1及び定数aを示す基地局周波数情報158を予め格納しているから、ドリフトhを算出することができる。
すなわち、端末制御部100は、H3=(H1+h)×aという方程式を解くことによって、ただ一つの未知数であるドリフトhを算出することができる。
ドリフトhは、基地局40の基地局時計56の基礎周波数H1のずれであるから、基地局時計56の時刻のずれを示すものでもある。
基地局時計56が例えば、振動数H1回が1秒を計測するとすれば、ドリフトhが発生していない場合には、基地局時計56が計測する1秒間は、H1/H1である。
これに対して、ドリフトhが発生している場合には、基地局時計56の1秒間は、H1/H1+hとなっている。
ドリフトhを使用することによって、基地局時計56の時刻のずれを、ナノ秒(ns)単位で算出することができることがわかっている。このため、ナノ秒(ns)単位のバイアス情報164を生成することができる。
すなわち、送信GPS時刻情報162をバイアス情報164で補完することによって、各フレームF1等のより精密な送信GPS時刻を算出することができる。
上述の送信GPS時刻情報162及びバイアス情報164が時刻情報160を構成している。時刻情報160は、時刻情報の一例である。
なお、本実施の形態とは異なり、端末20Aは、基礎周波数H1及び定数aを示す基地局周波数情報158を、基地局40から受信するフレームF1等から取得するようにしてもよい。
図7は、時刻情報160の一例を示す図である。
図7に示すように、時刻情報160は、フレーム番号F1、基地局ID−1、タイムタグt1、送信GPS時刻、及びバイアスから構成されている。
タイムタグt1は、基地局40が生成したフレームF1の送信時刻であるが、フレーム番号及び基地局IDとともに、基地局送信GPS時刻とバイアスを検索するための検索キーとして使用される。
図8は、測位条件情報154及び時刻情報160のデータ構造例を示す図である。
測位条件情報254及び時刻情報160を総称して、補正情報と呼ぶ。
図8に示すように、測位条件情報154及び時刻情報160は、フレーム番号に対応して、端末第2記憶部150に格納されている。
図5に示すように、端末20Aは、第1記憶部110に、補正情報送信プログラム128を格納している。補正情報送信プログラム128は、端末制御部100が端末通信部104によって、時刻情報160及び測位条件情報154を、基地局40に送信するためのプログラムである。すなわち、補正情報送信プログラム128と端末制御部100と端末通信部104は、時刻情報送信手段の一例であり、測位精度情報送信手段の一例でもある。
(基地局40の主なソフトウエア構成について)
図9は、基地局40の主なソフトウエア構成を示す概略図である。
図9に示すように、基地局40は、各部を制御する基地局制御部200、図3の基地局通信装置52に対応する基地局通信部202、図3の基地局時計56に対応する基地局計時部204、各種プログラムを格納する基地局第1記憶部210、各種情報を格納する基地局第2記憶部250を有する。
図9に示すように、基地局40は、基地局第2記憶部250に、基地局ID−1を示す基地局識別情報252を格納している。基地局識別情報252は、特定の基地局40を他の基地局40と識別するための情報であり、基地局ID−1は例えば、4桁の番号である。
図9に示すように、基地局40は、基地局第2記憶部250に、基地局位置情報254を格納している。基地局位置情報254は、基地局40の位置Pを示す情報であり、例えば、基地局40の位置Pが緯度、経度及び高度によって示されている。基地局位置情報254は、基地局位置情報の一例である。
図9に示すように、基地局40は、基地局第1記憶部210に、送信フレーム生成プログラム212を格納している。送信フレーム生成プログラム212は、基地局制御部200が、基地局位置情報254及び送信時刻情報256aを含む送信フレーム256を生成するためのプログラムである。
送信フレーム生成プログラム212は、送信時刻情報生成プログラム212aを含む。
送信時刻情報生成プログラム212aは、基地局制御部200が基地局計時部204によって、各フレームF1等(図10参照)を送信する時刻を計測することによって、送信時刻情報256aを生成するためのプログラムである。
図10は、基地局通信部102が通信電波CSによって送信する送信フレーム256の一例等を示す概略図である。
図10に示すように、送信フレーム256は、複数のフレームF1等から構成される。
各フレームF1乃至F3は、通信網(図示せず)を使って通信する情報の単位である。すなわち、基地局40は、フレームF1等を単位として、情報を送信するようになっている。
各フレームF1等には、例えば、フレーム番号であるF1等、送信時刻情報256aに示される送信時刻t1等、基地局識別情報252に示される基地局ID−1、基地局位置情報254に示される位置Pが含まれている。送信時刻t1等を、タイムタグとも呼ぶ。
基地局40は、基地局通信部202によって、各フレームF1等及びタイミング信号TS1を乗せた通信電波CSを継続的に送信している。
図9に示すように、基地局40は、基地局第1記憶部210に、補正情報取得プログラム214を格納している。補正情報取得プログラム214は、基地局制御部200が、複数の端末20A等から、時刻情報160及び測位条件情報154(図5参照)を取得するためのプログラムである。すなわち、補正情報取得プログラム214と基地局制御部200は、時刻情報取得手段の一例であり、測位精度情報取得手段の一例でもある。
基地局制御部200は、取得した時刻情報160を基地局側時刻情報260として、測位条件情報154を基地局側測位条件情報258として、基地局第2記憶部250の補正情報リストデータベース257に格納する。
図11は、補正情報リストデータベース257に格納される補正情報リスト257Lの構造例を示す図である。
図11に示すように、基地局側測位条件情報258及び基地局側時刻情報260から構成される補正情報257aは、基地局通信部202の受信チャンネル及びフレーム番号に対応して、格納されている。
図9に示すように、基地局40は、基地局第2記憶部250に、オープンスカイ領域情報266を格納している。オープンスカイ領域情報266は、オープンスカイ領域を示す情報である。上述のように、オープンスカイ領域とは、地平線から仰角5度以上の範囲に遮蔽物がない領域である。オープンスカイ領域においては、GPS衛星12a等からの衛星電波S1等を、反射波ではなくて、直接波として受信することができるから、衛星電波S1等に基づく測位等の精度が良好である。上述のオープンスカイ領域情報266はオープンスカイ領域情報の一例であり、基地局第2記憶部250はオープンスカイ領域情報格納手段の一例である。
図12は、オープンスカイ領域情報266の一例を示す図である。
図12に示すように、例えば、良好条件リスト番号1においては、北緯36度(小数点以下は、説明を省略する。以下、同様である。)、東経137度、高度652メートル(m)の地点を中心として、半径500メートル(m)の範囲が、オープンスカイ領域であることが示されている。
図9に示すように、基地局40は、基地局第1記憶部210に、良条件補正情報リスト生成プログラム216を格納している。良条件補正情報リスト生成プログラム216は、基地局制御部200が、補正情報リスト257Lの補正情報257aについて、基地局側測位条件情報258及びオープンスカイ領域情報266に基づいて、並べ替えを行うためのプログラムである。
図13は、補正情報の並べ替え後の補正情報リスト257Lを示す図である。
基地局制御部200は、PDOPがPDOP閾値R1(図示せず)未満の補正情報、測位位置精度が位置精度閾値R2(図示せず)未満の補正情報、及び、測位位置がオープンスカイ領域外の補正情報を、補正情報リストから外す。そして、例えば、PDOPが小さい順に補正情報を並べ替える(図13参照)。
図9に示すように、基地局40は、基地局第1記憶部210に、時刻情報選択プログラム218を格納している。時刻情報選択プログラム218は、基地局制御部200が、並べ替え後の補正情報リスト257L(図13参照)から、最も順位が高い補正情報257aに含まれる基地局側時刻情報260を選択し、時刻情報データベース270に格納するためのプログラムである。選択された基地局側時刻情報260が、被選択時刻情報270aである。被選択時刻情報270aは、被選択時刻情報の一例である。
上述のように、基地局制御部200は、良条件補正情報リスト生成プログラム216によって基地局側測位条件情報258及びオープンスカイ領域情報266によって補正情報を並べ替え、時刻情報選択プログラム218によって、最も順位が高い補正情報に含まれる基地局側時刻情報260を選択している。すなわち、良条件補正情報リスト生成プログラム216と時刻情報選択プログラム218及び基地局制御部200は、時刻情報選択手段の一例である。
図14は、時刻情報データベース270の構造の一例を示す図である。
図14に示すように、時刻情報データベース270は、基地局識別情報及びフレーム番号と、送信GPS時刻及びバイアスを関連づけて格納している。
なお、本実施の形態とは異なり、基地局40は時刻情報データベース270を有さず、外部の情報管理装置に配置されるサーバ等に、被選択時刻情報270aを送信し、格納するようにしてもよい。この場合、外部の情報管理装置は、複数の基地局40等から被選択時刻情報272aを受信し、基地局IDによって識別できる態様で、被選択時刻情報270aを格納する。
(測位端末60の主なソフトウエア構成について)
図15は、測位端末60の主なソフトウエア構成を示す概略図である。
図15に示すように測位端末60は、各部を制御する測位端末制御部300、図4の測位端末GPS装置70に対応する測位端末GPS部302、図4の測位端末側通信装置72に対応する測位端末通信部304、図4の測位端末時計76に対応する測位端末計時部306、各種プログラムを格納する測位端末第1記憶部310、各種情報を格納する測位端末第2記憶部350を有する。
図15に示すように、測位端末60は、測位端末第2記憶部350に、測位端末側衛星軌道情報352を格納している。測位端末側衛星軌道情報352は例えば、アルマナック及びエフェメリスを含む情報である。測位端末制御部300は、測位端末GPS部302によって、衛星電波S1等を受信するときに、衛星電波S1等からアルマナック及びエフェメリスを抽出する。
図15に示すように、測位端末60は、測位端末第1記憶部310に、測位端末側GPS時刻情報生成プログラム312を格納している。測位端末側GPS時刻情報生成プログラム312は、測位端末制御部300が、GPS衛星12a等からの衛星電波S1等(図1参照)に基づいて、GPS時刻を示す測位端末側GPS時刻情報354を生成するためのプログラムである。この測位端末側GPS時刻情報354は端末側衛星時刻情報の一例であり、測位端末側GPS時刻情報生成プログラム312と測位端末制御部300は、端末側衛星時刻情報生成手段の一例である。
図15に示すように、測位端末60は、測位端末第1記憶部310に、測位端末時計補正プログラム314を格納している。測位端末時計補正プログラム314は、測位端末制御部300が、測位端末側GPS時刻情報354に基づいて、測位端末計時部306の時刻を補正するためのプログラムである。
これにより、測位端末60は、測位端末時計76(図4参照)の時刻をGPS時刻と差がない状態にすることができる。
図15に示すように、測位端末60は、測位端末第1記憶部310に、時刻情報取得プログラム316を格納している。時刻情報取得プログラム316は、測位端末制御部300が測位端末通信部304によって、基地局40から被選択時刻情報270aを取得するためのプログラムである。すなわち、時刻情報取得プログラム316、測位端末制御部300及び測位端末通信部304は、被選択時刻情報受信手段の一例である。
測位端末制御部300は、受信した被選択時刻情報270aを、測位端末側時刻情報356として、測位端末第2記憶部350に格納する。
図15に示すように、測位端末60は、測位端末第1記憶部310に、上空衛星数判断プログラム318を格納している。上空衛星数判断プログラム318は、測位端末制御部300が、測位端末60の上空に位置し、観測可能なGPS衛星12a等の数を判断するためのプログラムである。
具体的には、測位端末制御部300は、端末側衛星軌道情報352に含まれるアルマナックを使用して、端末計時部306によって計測された現在時刻において、測位端末60の上空に位置し、観測可能なGPS衛星12a等の数を判断する。そして、測位端末制御部300は、上空に位置するGPS衛星12a等の数を示す上空衛星数情報358を測位端末第2記憶部350に格納する。
図15に示すように、測位端末60は、測位端末第1記憶部310に、衛星測位プログラム320を格納している。衛星測位プログラム320は、測位端末制御部300が、3個以上のGPS衛星12a等からの衛星電波S1等(図1参照)に基づいて、測位端末60の位置の測位を行うためのプログラムである。
具体的には、測位端末制御部300は、衛星電波S1等が各GPS衛星12a等から発信された時刻と、衛星電波S1等を受信した時刻との差を算出して、衛星電波S1等の速度が光速であることに基づいて、各GPS衛星12a等と測位端末60との距離(擬似距離と呼ぶ)を算出する。一方で、端末側衛星軌道情報352に含まれるエフェメリスによって、端末計時部306によって計測した現時刻における各GPS衛星12a等の衛星軌道上の位置を算出する。
そして、上述の擬似距離と各GPS衛星12a等の衛星軌道上の位置に基づいて、現在位置を測位する。
測位端末制御部300は、測位によって生成した衛星測位位置情報360を測位端末第2記憶部350に格納する。
なお、測位端末制御部300が衛星測位プログラム320によって行う測位を、衛星測位と呼ぶ。
図15に示すように、測位端末60は、測位端末第1記憶部310に、フレーム受信プログラム322を格納している。フレーム受信プログラム322は、測位端末制御部300が測位端末通信部304によって、基地局40から、フレームF1等が乗せられた通信電波CSを受信するためのプログラムである。すなわち、フレーム受信プログラム322、測位端末制御部300及び端末通信部304は、端末側フレーム受信手段の一例である。
フレーム受信プログラム322は、基地局情報抽出プログラム322aを含む。基地局情報抽出プログラム322aは、測位端末制御部300が、通信電波CSから、基地局識別情報252、基地局位置情報254及び送信時刻情報256a(図9参照)を抽出するためのプログラムである。
測位端末制御部300は、抽出した基地局識別情報252、基地局位置情報254及び送信時刻情報256aを測位端末側基地局情報362として、測位端末第2記憶部350に格納する。測位端末側基地局情報362は、基地局識別情報362a,基地局位置情報362b及び送信時刻情報362cを含む。
図15に示すように、測位端末60は、測位端末第1記憶部310に、受信GPS時刻情報生成プログラム324を格納している。受信GPS時刻情報生成プログラム324は、測位端末制御部300が、通信電波CSを受信したGPS時刻を示す受信GPS時刻情報364を生成するためのプログラムである。この受信GPS時刻情報364は端末側受信衛星時刻情報の一例であり、受信GPS時刻情報生成プログラム324と測位端末制御部300は、端末側受信衛星時刻情報生成手段の一例である。
具体的には、測位端末制御部300は、端末計時部306によって、通信電波CSを受信したGPS時刻を計測し、受信GPS時刻情報364を生成する。
測位端末制御部300は、生成した受信GPS時刻情報364を、測位端末第2記憶部350に格納する。
図15に示すように、測位端末60は、測位端末第1記憶部310に、基地局測位プログラム328を格納している。基地局測位プログラム328は、測位端末制御部300が、3個以上の基地局40等の基地局位置情報362b、送信時刻情報362c、送信GPS時刻情報356c、バイアス情報356d及び受信GPS時刻情報364に基づいて、測位端末60の位置を測位するためのプログラムである。すなわち、基地局測位プログラム328と測位端末制御部300は、通信電波測位手段の一例である。
図16は、基地局測位方法の一例の説明図である。
測位端末60は、基地局40A,40B,40C(図示せず)の3つの基地局40A等から、通信電波CS1等を受信するものとして、以下説明する。
図16(a)は、各基地局40A等の位置を示す図である。基地局40等の位置は、基地局位置情報362bによって既知である。
図16(b)は、各基地局40A等からの通信電波CS1等の伝搬時間tb01等を示す図である。伝搬時間tb01等は、未知数である。ここで、通信電波CS1等の伝搬時間tb01等は、フレームF1等の伝搬時間と同義で使用する。
図16(c)は、各通信電波CS1等の送信時刻t1等を示す図である。送信時刻t1等は、送信時刻情報362cによって既知である。ここで、通信電波CS1等の送信時刻t1等は、フレームF1等の送信時刻t1等と同義である。なお、基地局40A等間においては、時刻同期していないから、t1、t2及びt3は、同時刻とは限らない。
図16(d)は、各基地局40等の時差ta1等を示す図である。時差ta1等は、送信時刻情報362cに示される時刻と、測位端末側時刻情報356から算出するフレームF1等の精密な送信時刻の差分として算出することができる。測位端末側時刻情報356は、通信電波CS1等の各フレームF1等の送信時刻をミリ秒(ms)単位で示す送信GPS時刻情報356c及び、各フレームF1等の送信時刻をナノ秒(ns)単位で算出する基礎となるバイアス情報356dを含むから、測位端末60は、精密に各フレームF1等の送信時刻を算出することができる。
図16(e)は通信電波CS1等の伝搬速度を示す図である。通信電波CS1等は電波に乗せられているから、その伝搬速度は光速Cである。
図16(f)は、通信電波CS1等の送信時刻t1等と、測位端末60が通信電波CS1等を受信した時刻との時間差td01等を示す図である。図16(g)に示すように、測位端末60が通信電波CS1等を受信した時刻をt0とする。
図16(h)に示す測位端末60の位置(X,Y,Z)は、未知数である。
以上を前提に、図16(i)乃至図16(k)に示す式(1)乃至(9)について説明する。
まず、各基地局40A等と測位端末60との距離は、通信電波CS1等の伝搬時間と電波の速度(光速C)を乗算したものに等しいから、図16(i)の式(1)乃至式(3)が成り立つ。
次に、送信時刻t1は、GPS時刻との時差ta1を含むから、図16(j)の式(4)乃至(6)が成り立つ。
さらに、図16(f)の時間差td01等については、図16(c)の送信時刻t1等、図16(b)の伝搬時間tb01及び図16(g)の時刻t0に基づいて、図16(k)の式(7)乃至式(9)が成り立つ。
ここで、未知数が測位端末60の位置を示す、X、Y、Z、伝搬時間tb01、tb02及びtb03の6個であるから、式(1)、(2)、(3)、(7)、(8)及び(9)を連立させて計算することによって、未知数をすべて算出することができる。
測位端末制御部300は、このようにして生成した基地局測位位置情報366を測位端末第2記憶部350に格納する。
なお、測位端末制御部300は、各フレームF1等、フレーム番号、基地局ID及びタイムタグを検索キーとして、測位端末側時刻情報356から対応する情報を抽出するようになっている。
図15に示すように、測位端末60は、測位端末第1記憶部310に、ハイブリッド測位プログラム330を格納している。ハイブリッド測位プログラム330は、測位端末制御部300が、衛星電波S1等、基地局40A等の基地局位置情報362b、送信時刻情報362c、送信GPS時刻情報356c、バイアス情報356d及び受信GPS時刻情報364に基づいて、測位端末60の位置を測位するためのプログラムである
測位端末制御部300がハイブリッド測位プログラム330に基づいて行う測位は、図16を使用して説明した上述の基地局測位プログラム328に基づいて行う測位方法において、1個又は2個の基地局40AをGPS衛星12a等に代替して行う。
なお、測位端末制御部300がハイブリッド測位プログラム330に基づいて行う測位をハイブリッド測位と呼ぶ。
測位端末制御部300は、ハイブリッド測位によって生成したハイブリッド測位位置情報368を測位端末第2記憶部350に格納する。
図15に示すように、測位端末60は、測位端末第1記憶部310に、測位方法選択プログラム332を格納している。測位方法選択プログラム332は、測位端末制御部300が、上空衛星数情報358に示されるGPS衛星12a等の数に基づいて、衛星測位、基地局測位、又は、ハイブリッド測位のいずれかを選択するためのプログラムである。
具体的には、測位端末制御部300は、上空衛星数情報358に示されるGPS衛星12a等の数が3個以上である場合には、衛星測位を選択する。そして、測位端末制御部300は、上空衛星数情報358に示されるGPS衛星12a等の数が1個又は2個である場合には、ハイブリッド測位を選択する。そして、測位端末制御部300は、上空衛星数情報358に示されるGPS衛星12a等の数が0個である場合には、基地局測位を選択する。
一般に、GPS衛星12a等からの衛星電波S1等に基づく測位の測位精度は、通信電波CS1等に基づく測位の測位精度よりも高い。この原因の一つとして、基地局40A等が、リピータと呼ぶ小型の仲介装置を有していることがある。リピータは、基地局40A等と同じ通信電波CS1等を送信しているため、リピータを介して受信した通信電波CS1等を受信した測位端末60は、基地局40A等と測位端末60との距離(擬似距離)を、基地局40A等から直接波として通信電波CS1等を受信する場合よりも長く算出する結果、測位誤差が大きくなる場合がある。これに対して、GPS衛星12a等は、リピータを有さないから、リピータによる測位精度の低下はない。
例えば、衛星測位による場合には、測位誤差は0メートル(m)乃至20メートル(m)であるのに対し、基地局測位による場合には、測位誤差が5メートル(m)乃至400メートル(m)である。
この点、測位端末60は、GPS衛星12a等から信号S1等を受信することができるかぎり、衛星電波S1等のみ、又は、衛星電波S1等と通信電波CS1等を使用して測位を行うことができる。
このため、測位端末60は、観測可能なGPS衛星12a等の数に応じて、最も高い測位精度において測位をすることができる。
なお、衛星測位には、基地局40A等と、測位のために通信する必要がないという利点もある。
これに対し、ハイブリッド測位又は基地局測位は、例えば、屋内などGPS衛星12a等が3個以上観測できない環境においては、屋内でも受信可能な通信電波CS1等を使用して、測位を行うことができるという利点がある。
図15に示すように、測位端末60は、測位端末第1記憶部310に、測位位置情報表示プログラム334を格納している。測位位置情報表示プログラム334は、測位端末制御部300が、衛星測位位置情報360、基地局測位位置情報366、又は、ハイブリッド測位位置情報368のいずれかを表示装置74(図4参照)に表示するためのプログラムである。
測位システム10は、以上のように構成されている。
上述のように、端末20A等は、測位条件情報154及び時刻情報160(図5参照)を生成し、通信基地局40に送信することができる。測位条件情報154は、時刻情報160の精度を判断するための情報である。
基地局40は、端末20A等から、測位条件情報154及び時刻情報160を取得し、基地局側測位条件情報258及び基地局側時刻情報260として、補正情報リストデータベース257(図9参照)に格納することができる。そして、基地局40は、基地局側測位条件情報258及びオープンスカイ領域情報266に基づいて、補正情報リストの補正情報257aを並べ替え、被選択時刻情報270aを取得することができる。
上述のように、端末20A等は、送信GPS時刻情報162(図5参照)を、衛星電波S1等に基づいて生成したGPS時刻情報156によって補正された端末計時部106によって生成する。したがって、GPS時刻情報156が正確であるほど、送信GPS時刻情報162の精度が高くなる。ここで、GPS時刻情報156は、衛星電波S1等に基づいて生成される。一方、測位位置情報154a(図5参照)も衛星電波S1等に基づいて生成される。すなわち、測位位置情報154aの精度が高いということは、GPS時刻情報156の精度も高いことを意味する。
そこで、基地局40は、複数の端末20A等から時刻情報160を受信し、測位条件情報154に基づいて、精度の高い時刻情報160を選択することができるのである。
上述のように、基地局40は、基地局計時部204(図9参照)の時刻をGPS時刻に同期させるのではなくて、被選択時刻情報270aを取得するだけであるから、その構成は簡易であり、基地局40の大幅なシステム変更を必要としない。
これにより、通信基地局の大幅なシステム変更を必要とすることなく、通信基地局からの通信電波を使用する測位に使用するための相対的に精度が高い情報を選択的に提供することができる。
そして、測位端末60は、基地局40等から被選択時刻情報270aを取得することができる。
そして、測位端末60は、基地局40等から通信電波CSに乗せられたフレームF1等を受信することができる。
そして、3個以上の基地局40等からフレームF1等を受信することによって、基地局位置情報362b(図15参照)、送信時刻情報362c、送信GPS時刻情報356c、バイアス情報356d及び受信GPS時刻情報364を使用して、各基地局40等から通信電波CSが測位端末60に到達するまでの伝搬時間を正確に算出することができるから、基地局測位が可能である。
そして、被選択時刻情報270aは、複数の端末20A等からの時刻情報160から、精度の高いものとして選択されたものであるから、基地局測位も精度の高いものになる。
以上が本実施の形態に係る測位システム10の構成であるが、以下、その動作例を主に図17及び図18を使用して説明する。
図17及び図18は本実施の形態に係る測位システム10の動作例を示す概略フローチャートである。
基地局40は、継続的に通信電波CSを送信していることを前提として、説明する。
まず、基地局40は、複数の端末20A等に対して、補正情報要求メッセージを送信する(図17のステップST1)。
続いて、端末20A等は、基地局40から補正情報要求メッセージを受信する(ステップST2)。
続いて、端末20A等は、定期測位モード151a(図5参照)に設定されているか否かを判断する(ステップST3)。ステップST3において、端末20A等が定期測位モード151aに設定されていないと判断した場合には、そのまま終了する。
これに対して、ステップST3において、端末20A等が、定期測位モード151aに設定されていると判断した場合には、測位位置情報154a、PDOP情報154b、測位精度情報154c及びGPS時刻情報156(図5参照)を生成する(ステップST4)。このステップST4は、測位位置情報生成ステップの一例であり、測位精度情報生成ステップの一例であり、衛星時刻情報生成ステップの一例でもある。
続いて、端末20A等は、基地局40から、フレームF1等を受信する(ステップST5)。このステップST5は、フレーム受信ステップの一例である。
続いて、端末20A等は、例えば、到着した特定のフレームF1について、送信GPS時刻情報162及びバイアス情報164(図5参照)を生成する(ステップST6)。このステップST6は、送信衛星時刻情報生成ステップの一例であり、送信時刻誤差情報生成ステップの一例でもある。
続いて、端末20A等は、基地局40に対して、特定したフレーム番号、時刻情報160及び測位条件情報154を含む補正情報を送信する(ステップST7)。このステップST7は、測位精度情報送信ステップの一例であり、時刻情報送信ステップの一例でもある。
続いて、基地局40は、端末20A等から、補正情報を取得する(ステップST8)。
続いて、基地局40は、各補正情報257aから、PDOP情報258b(図9参照)を取得し(ステップST9)、PDOPがPDOP閾値R1より小さいか否かを判断する(ステップST10)。ステップST10において、基地局40が、PDOPがPDOP閾値R1より小さいと判断した補正情報257aは、補正情報リストから外す(ステップST11A)。
これに対して、基地局40が、PDOPがPDOP閾値R1より小さくはないと判断した補正情報257aは、補正情報リストに残す(ステップST11)。
続いて、基地局40は、各補正情報257aから、位置精度情報258cを取得し(ステップST12)、位置精度が位置精度閾値R2より小さいか否かを判断する(ステップST13)。ステップST13において、基地局40が、位置精度が位置精度閾値R2より小さいと判断した補正情報257aは、補正情報リストから外す(ステップST14A)。
これに対して、基地局40が、位置精度が位置精度閾値R2より小さくはないと判断した補正情報257aは、補正情報リストに残す(ステップST14)。
続いて、基地局40は、各補正情報257aから、測位位置情報258a(図9参照)を取得し(ステップST15)、測位位置Qがオープンスカイ領域内か否かを判断する(ステップST16)。ステップST16において、基地局40が、測位位置Qがオープンスカイ領域内ではないと判断した補正情報257aは、補正情報リストから外す(ステップST17A)。
これに対して、基地局40が、測位位置Qがオープンスカイ領域内であると判断した補正情報257aは、補正情報リストに残す(ステップST17)。
続いて、基地局40は、補正情報257aを、測位条件の良好な準に並べ替える(ステップST18)。
続いて、基地局40は、最も、測位条件のよい補正情報257aを取得して、被選択時刻情報270aとして保存する(図18のステップST19)。
一方、測位端末60は、測位を開始するに先立って、基地局40に対して、被選択時刻情報270aを要求する(ステップST20)。
これに対して、基地局40は、測位端末60に対して、被選択時刻情報270aを送信する(ステップST21)。
続いて、測位端末60は、基地局40から、被選択時刻情報270aを受信する(ステップST22)。
続いて、測位端末60は、測位端末60の上空に位置し、観測可能なGPS衛星12a等の数を判断する(ステップST23)。
測位端末60は、観測可能なGPS衛星12a等の数が、3個以上であると判断した場合には、衛星測位を実施し(ステップST101)、衛星測位位置情報360(図15参照)を生成する。
そして、測位端末60は、衛星測位位置情報360を、表示装置74(図4参照)に表示する(ステップST102)。
ステップST23において、測位端末60が、観測可能なGPS衛星12a等の数が、1個又は2個であると判断した場合には、ハイブリッド測位を実施し(ステップST201)、ハイブリッド測位位置情報368(図15参照)を生成する。
そして、測位端末60は、ハイブリッド測位位置情報368を、表示装置74(図4参照)に表示する(ステップST202)。
ステップST23において、測位端末60が、観測可能なGPS衛星12a等の数が、0個であると判断した場合には、基地局測位を実施し(ステップST301)、基地局測位位置情報366(図15参照)を生成する。基地局測位においては、測位端末60は、基地局40等から通信電波CS1等を受信し、受信GPS時刻情報364(図15参照)を生成し、3個以上の基地局40等の基地局位置情報362b、送信時刻情報362c、送信GPS時刻情報356c、バイアス情報356d及び受信GPS時刻情報364に基づいて、測位端末60の位置を測位する。そして、測位端末60は、基地局測位位置情報366を、表示装置74(図4参照)に表示する(ステップST302)。
以上で説明したように、測位システム10によれば、通信基地局の大幅なシステム変更を必要とすることなく、通信基地局からの通信電波を使用する測位に使用するための相対的に精度が高い情報を選択的に提供することができる。
なお、本実施の形態とは異なり、上述のステップST23において、GPS衛星12a等の数が3個以上であっても、ハイブリッド測位をするようにしてもよい。ハイブリッド測位では、GPS衛星12a等からの衛星電波S1等と、基地局40等からの通信電波CS1等の両方を使用することができ、測位演算に使用することができる電波の数が増えるので、測位精度を安定して高くすることができる。
(プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等について)
コンピュータに上述の動作例の測位位置情報生成ステップと、測位精度情報送信ステップと、衛星時刻情報生成ステップと、フレーム受信ステップと、送信衛星時刻情報生成ステップと、送信時刻誤差情報生成ステップと、時刻情報送信ステップ等を実行させるための情報提供装置の制御プログラムとすることができる。
また、このような情報提供装置の制御プログラム等を記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体等とすることもできる。
これら情報提供装置の制御プログラム等をコンピュータにインストールし、コンピュータによって実行可能な状態とするために用いられるプログラム格納媒体は、例えばフロッピー(登録商標)のようなフレキシブルディスク、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、CD−R(Compact Disc−Recordable)、CD−RW(Compact Disc−Rewritable)、DVD(Digital Versatile Disc)などのパッケージメディアのみならず、プログラムが一時的若しくは永続的に格納される半導体メモリ、磁気ディスクあるいは光磁気ディスクなどで実現することができる。
本発明は、上述の各実施の形態に限定されない。さらに、上述の各実施の形態は、相互に組み合わせて構成するようにしてもよい。
本発明の実施の形態に係る測位システムを示す概略図である。 端末の主なハードウエア構成を示す概略図である。 通信基地局の主なハードウエア構成を示す概略図である。 測位端末の主なハードウエア構成を示す概略図である。 端末の主なソフトウエア構成を示す概略図である。 バイアス情報の生成方法の一例の説明図である。 時刻情報の一例を示す図である。 補正情報の一例を示す図である。 通信基地局の主なソフトウエア構成を示す概略図である。 送信フレームの一例を示す図である。 補正情報リストの一例を示す図である。 オープンスカイ領域情報の一例を示す図である。 並べ替え後の補正情報リストの一例を示す説明図である。 時刻情報データベースの一例を示す図である。 測位端末の主なソフトウエア構成を示す概略図である。 基地局測位方法の一例を示す図である。 測位システムの動作例を示す概略フローチャートである。 測位システムの動作例を示す概略フローチャートである。
符号の説明
10・・・測位システム、12a,12b,12c,12d・・・GPS衛星、20A,20B,20C・・・端末、40・・・通信基地局、60・・・測位端末、112・・GPS測位プログラム、114・・・測位条件情報生成プログラム、116・・・GPS時刻生成プログラム、118・・・時計補正プログラム、120・・・フレーム受信プログラム、122・・・時刻情報生成プログラム、124・・・送信GPS時刻情報生成プログラム、126・・・バイアス情報生成プログラム、128・・・補正情報送信プログラム、212・・・送信フレーム生成プログラム、212a・・・送信時刻情報生成プログラム、214・・・補正情報取得プログラム、216・・・良好条件補正情報リスト生成プログラム、218・・・時刻情報選択、312・・・測位端末側GPS時刻情報生成プログラム、314・・・測位端末時計補正プログラム、316・・・時刻情報取得プログラム、318・・・上空衛星数判断プログラム、320・・・衛星測位プログラム、322・・・フレーム受信プログラム、322a・・・基地局情報抽出プログラム、324・・・受信GPS時刻情報生成プログラム、328・・・基地局測位プログラム、330・・・ハイブリッド測位プログラム、332・・・測位方法選択プログラム、334・・・測位位置情報表示プログラム

Claims (4)

  1. 端末装置の通信を仲介する通信基地局であって、
    情報提供装置から、測位衛星からの衛星電波に基づく前記情報提供装置の測位の精度を示す測位精度情報を取得する測位精度情報取得手段と、
    複数の前記情報提供装置から、前記通信基地局からフレームが送信された測位衛星の時刻である衛星時刻を示す送信衛星時刻情報、及び、前記通信基地局が生成する前記フレームの送信時刻の基礎となる基礎周波数の偏移を示す周波数偏移情報に基づいて生成された前記送信時刻の誤差を示す送信時刻誤差情報を含む時刻情報を取得する時刻情報取得手段と、
    前記測位精度情報に基づいて、前記時刻情報を選択し、被選択時刻情報を取得する被選択時刻情報取得手段と、
    を有することを特徴とする通信基地局。
  2. 前記測位精度情報は、前記測位衛星の天空上の配置によって規定される測位精度低下率を示す情報を含むことを特徴とする請求項1に記載の通信基地局。
  3. 前記測位精度情報は、測位誤差を示す情報を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載の通信基地局。
  4. 前記測位精度情報は、オープンスカイ領域を示すオープンスカイ領域情報を格納するオープンスカイ領域情報格納手段を有し、
    前記測位精度情報は、前記情報提供装置の測位位置を示す情報を含み、
    前記時刻情報選択手段は、前記測位位置が、前記オープンスカイ領域内か否かによって、前記時刻情報を選択する構成となっていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の通信基地局。
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