JP4797574B2 - 測位装置、測位演算器及び測位演算方法 - Google Patents

Description

この発明は、衛星航法システムにおける測位装置、測位演算機及び測位演算方法に関するものである。

測位衛星を利用して測位装置の位置を計測するＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）において、測位装置は測位衛星と測位装置間の電波伝搬時間を計測し、電波伝搬時間に光速を乗じることで測距を行い、測距した距離情報とＧＰＳ衛星の位置情報とを用いて位置の計測を行う。電波伝搬時間の計測は、測位装置内に設けられ測位衛星の原子時計に同期した時計を用いて行われる。このため、測位装置内の時計には、極めて安定したクロックが要求される。高い測位精度が要求される用途においては、測位装置の内部クロックには、温度による発振周波数の変動を補償する補償回路をもつＴＣＸＯ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｘｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、温度補償水晶発振器）が用いられる（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−１３３７５３号公報（第４頁、第４図）

しかしながらＴＣＸＯは高価であるため、コスト面では温度補償回路の無いＸＯ（Ｘｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を測位装置に適用することが望ましい。しかし、ＸＯのような廉価なクロックを適用した測位装置には、以下のような課題があった。
まず、ＸＯはクロック誤差が大きく、また安定性も悪いため、正確な時刻情報が必要な測位計算においては測位の大きな誤差要因となる、という課題があった。
また、ＸＯは積算されたクロック誤差が一定値以上になると強制的にクロックリセットを行うことでクロック誤差の増大を防ぐが、クロックリセット発生に伴い測位結果に不連続が生じるという課題があった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもので、ＸＯのような廉価なクロックを内部クロックに用いた測位装置においても、簡易に、精度の高い測位結果を得ることを目的とする。
また、ＸＯが行なうクロックリセット時においても、測位結果に不連続が発生することを防止することを目的とする。

この発明に係る測位装置は、測位衛星から測位信号を受信し、前記測位信号に基づき擬似距離を算出する信号受信部と、前記擬似距離を用いて測位演算する測位演算部とからなる測位装置であって、前記信号受信部は、内部クロックにＸＯ（Ｘｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を有し、測位衛星が使用する基準クロックに対し前記ＸＯのクロック誤差が一定値以上になるとクロックリセットを実行し前記クロック誤差の増大を防止するクロックリセット機能を備え、前記測位演算部は、前記クロックリセットが実行されたことを検出すると、前記クロックリセットの検出前後における前記擬似距離の差分を前記クロックリセット検出前の距離換算クロック誤差にオフセット補正して前記クロックリセット検出後の距離換算クロック誤差とし、当該オフセット補正後の距離換算クロック誤差を用いて測位演算する。

ＧＰＳ等の測位衛星を利用して測位装置の位置を計測する衛星航法システムにおいて、ＸＯのような廉価なクロックを内部クロックに適用した測位装置であっても、簡易に、精度の高い測位結果を得ることができる。
また、ＸＯが同期を取るために行なうクロックリセット時においても、測位結果に不連続が生じることを防止できる。

測位衛星を利用して測位装置の位置を計測する衛星航法システムにはＧＰＳの他、グロナス（ＧＬＯＮＡＳＳ、Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、ガリレオ（Ｇａｌｉｌｅｏ）などがある。以下の実施の形態１〜７では、衛星航法システムとしてＧＰＳを例にとり説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における測位装置１００の構成図である。
図１において、測位装置１００は測位信号受信部２００と測位演算部３００とを備える。
測位信号受信部（以下、信号受信部という）２００は、複数のＧＰＳ衛星から測位用電波信号（以下、測位信号という）１０を受信する。
ＧＰＳ衛星１は、1,575.42ＭＨｚ（Ｌ１帯）の搬送波にＣ／Ａ（Ｃｌｅａｒ ａｎｄ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）コードと航法メッセージとを乗せて送信する。航法メッセージは、測位計算等に必要な衛星の軌道関係の情報の他に電離層の補正のためのパラメータ、衛星搭載の時計の補正値などが入っている。

信号受信部２００は、受信した測位信号１０に基づいて測位情報２９５を得る。ここで測位情報２９５とは、擬似距離、搬送波位相、ドップラ、信号強度（S/N）、データ受信時刻、航法メッセージのことをいう。信号受信部２００は、測位情報２９５を測位演算部３００に出力する。
ここで、データ受信時刻とは後で述べるように、信号受信部２００が備える時計が出力する時刻であり、信号受信部２００がＧＰＳ衛星から測位信号１０を受信した時刻のことをいう。

測位演算部３００は測位情報２９５を用いて測位演算を行い、測位演算結果３９５を出力する。ここで、測位演算結果３９５とは、測位演算によって得られた測位装置の位置（緯度、経度、高度）と信号受信部２００に搭載した時計のクロック誤差のことをいう。クロック誤差とは、信号受信部２００に搭載した時計の時刻とＧＰＳ衛星に搭載された基準時計の時刻との時刻ずれのことをいう。

図２は、信号受信部２００の構成図である。
図２において、信号受信部２００は測位信号受信アンテナ２０５、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）フロントエンド処理部２２０、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部２３０、ベースバンドチップ処理部２６０を備える。
ＲＦフロントエンド処理部２２０は、測位装置１００に搭載された時計であるＸＯ２２１を備える。

次に、図２を用いて信号受信部２００の動作を説明する。
測位信号受信アンテナ２０５は、少なくとも４機以上のＧＰＳ衛星１から測位信号１０を受信する。
ＸＯ２２１は、例えば２０ＭＨｚ程度の基準信号を生成する。
ＲＦフロントエンド処理部２２０は、受信した測位信号１０に対する高周波のアナログ処理を行う。具体的には、周波数1,575.42ＭＨｚの測位信号１０を直接デジタル信号処理することは困難であるため、ＸＯ２２１が生成した基準信号を使ってミキシング処理を複数回行うことで、測位信号１０の周波数を２ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ程度まで落とす処理を行う。
Ａ／Ｄ変換部２３０は、ＲＦフロントエンド処理部２２０が処理した測位信号１０をアナログ信号からデジタル信号に変換する。
ベースバンドチップ処理部２６０は、デジタル変換された測位信号１０にスペクトル逆拡散を行う。スペクトル逆拡散を行うことにより、ＧＰＳ衛星がスペクトラム拡散して発信した測位信号１０からスペクトル拡散前の搬送波を抽出する。そして、スペクトル逆拡散を行って抽出した搬送波とＸＯ２２１で生成した基準信号との位相差を検出する。

ベースバンドチップ処理部２６０は、検出した位相差から測位信号の伝搬時間を求める。そして、求めた測位信号の伝搬時間に光速を乗じて、測位信号を発信したＧＰＳ衛星と信号受信部２００との間の擬似距離を算出する。

ベースバンドチップ処理部２６０は、受信した測位信号１０に基づいて、擬似距離、航法メッセージ、データ受信時刻、搬送波位相、ドップラ、信号強度（S/N）等の情報を得る。ベースバンドチップ処理部２６０は測位情報２９５を測位演算部３００に出力する。

この発明は、信号受信部２００の外部に測位演算部３００を設け、測位演算部３００が測位情報２９５を入力して測位演算を行なう。

図２９〜図３２に、従来の測位装置における測位結果の一例を示す。
図２９は、信号受信部２００が出力したデータ受信時刻ｔの一例である。ＧＰＳではＧＰＳ時（ＧＰＳ Ｔｉｍｅ）と呼ばれる時刻系を採用しており、これは、ＧＰＳ衛星の原子時計の刻む時刻であって週始めからの通し秒数となっている。

データ受信時刻は、このＧＰＳ時において、信号受信部２００が備えるＧＰＳ衛星１の原子時計に同期したＸＯ２２１で作られた秒信号に基づいて出力する時刻であり、信号受信部２００がＧＰＳ衛星から測位信号１０を受信した時刻のことをいう。

図３０は、後に述べる測位演算により得られたクロック誤差δの一例である。クロック誤差σは、ＸＯ２２１の時刻とＧＰＳ衛星に搭載された基準時計の時刻との時刻ずれのことを指す。
図３０に示したクロック誤差δの例では、クロック誤差δは時間の経過と共に増加し、ある時点でプラス側からマイナス側に不連続に、大きく値が変化する鋸状の特性を示している。このようにクロック誤差δに不連続性が生じているのは、測位装置１００の内部クロックであるＸＯ２２１はクロック誤差が大きく、測位開始後積算されるクロック誤差が一定値以上となりＧＰＳ衛星内の原子時計との同期がとれなくなった時点で、信号受信部２００が強制的にクロックをリセットして再度ＧＰＳ衛星内の原子時計との同期を取ろうとしている結果である。

このように信号受信部２００が出力するデータ受信時刻ｔは、信号受信部２００内のクロックＸＯの精度に起因して、クロック誤差δを含んでいる。そして、クロック誤差が積算され一定値以上となるとクロックリセットが発生し、結果として、データ受信時刻ｔにも不連続が発生する。

図３１に従来の測位結果の一例を示す。測位は、予め正確な位置が分かっている位置を計測することにより行った。縦軸は測位演算によって得られた位置の緯度方向と経度方向の誤差量（Δ緯度、Δ経度）である。誤差量はクロック誤差の変化と相関がある傾向を示している。そして、クロックリセットが生じた時点で、不連続に、大きく誤差量が変化する鋸状の特性を示し、クロック誤差の変化と相関のある傾向を示している。このようにクロック誤差は測位結果に大きく影響を与えていた。

図３２は、縦軸をΔ緯度、横軸をΔ経度としたとき、経過時刻毎の測位結果をプロットしたものである。
図３２の例では、最大で-８（ｍ）程度の誤差を示している（図３２のａで示したエリア）。また、誤差量はクロックリセットが生じた時点で不連続に大きく値が変化している。

このように従来、信号受信部２００の外部に測位演算部３００を設け、測位演算部３００が測位情報２９５を入力して測位演算を行なう場合は、測位演算部３００が出力する測位位置は大きな測位誤差を有し、クロックリセットが生じた時点では測位位置は不連続に大きく値が変化していた。

図３は、実施の形態１における測位演算部３００の構成図の一例である。
測位演算部３００は、時刻補正部３４０と衛星位置計算部３７０と擬似距離補正部３８０と測位計算部３９０と判定部３９２と測位演算部全体の動作を制御する制御部３０１とを備える。また、擬似距離補正部３８０に接続する擬似距離補正値受信部３８２を設け、擬似距離補正部３８０が外部から通信回線により補正情報を取得し、この補正情報により擬似距離を補正するようにしてもよい。
図４は、測位演算部３００の動作フローを示した図である。

次に、図３と図４を用いて実施の形態１における測位演算部３００の動作を説明する。

（１）まず、測位演算部３００は信号受信部２００から測位情報２９５を受信する（図４のステップＳ１０１。以下、Ｓ１０１という。）。

（２）次に、衛星位置計算部３７０は、ＧＰＳ衛星の衛星位置を計算する（Ｓ１０２）。衛星位置の計算は、航法メッセージの中にある軌道情報（エフェメリス）を利用した周知の方法により行なう。

ここで、軌道情報は次のようなものである。
ｔoe：軌道要素の基準時刻
Ｍ0：ｔoeにおける平均近点離角
ｅ：離心率
Ａ：軌道長半径
Ω0：昇交点赤経
i0 ：軌道傾斜角
ω：近地点引数
ｅとＡが楕円の形を定義し、Ｍ0がその上でのある瞬間の衛星の位置を定義する。Ω0、i0、ωは、この軌道面の宇宙空間における向きを定義するものである。
時刻ｔにおけるＧＰＳ衛星ｉの位置（Ｘs_i(t) 、Ｙs_i(t)、Ｚs_i(t)）は、ｔ、ｔoe、Ｍ0、ｅ、Ａ、Ω0、i0、ωをパラメータとして、以下のように算出することができる。

（Ｘs_i(t) 、Ｙs_i(t)、Ｚs_i(t)）＝ ｆ（ｔ、ｔoe、Ｍ0、ｅ、Ａ、Ω0、i0、ω）
ここでｆは所定の関数である。衛星位置の計算については、例えば、Navstar GPS Space Segment / Navigation User Interfaces,Interface Control Document,ICD-GPS-200,rev.C,Oct.1993 に記載されている。

ここで、軌道情報（エフェメリス）を利用してＧＰＳ衛星の位置を計算する過程を図５に示す。衛星位置計算部３７０は、信号受信部２００から測位情報２９５を受信する。測位情報２９５には、信号受信部２００が複数のＧＰＳ衛星（i,j,k,…）からデータを受信したデータ受信時刻ｔ、ＧＰＳ衛星毎の擬似距離ＰＲ、搬送波位相、航法メッセージなどが含まれる。ＧＰＳ衛星毎の擬似距離ＰＲを光速ｃで除算することでそのＧＰＳ衛星が送信した電波の電波伝搬時間が算出でき、データ受信時刻ｔから算出した電波伝搬時間を差し引くことにより、ＧＰＳ衛星が電波を送信した時刻が算出できる。
一方、航法メッセージからはそれぞれのＧＰＳ衛星の軌道情報が取得できる。
このように、衛星位置計算部３７０は算出したＧＰＳ衛星が電波を送信した時刻とそのＧＰＳ衛星の軌道情報を利用することでＧＰＳ衛星の衛星位置を計算する。

（３）擬似距離補正部３８０は、航法メッセージの中にある電離層遅延や対流圏遅延に関する情報に基き、信号受信部２００から受信した擬似距離ＰＲを補正する（Ｓ１０３）。
（４）次に、測位計算部３９０は測位計算を行い、測位装置１００の位置（Ｘgps、Ｙgps、Ｚgps）を算出する（Ｓ１０４）。具体的には、次の式（１ａ）〜（４ａ）の連立方程式を解くことにより測位装置の位置（Ｘgps、Ｙgps、Ｚgps）を算出する。測位装置の位置とは、より具体的には、信号受信部２００の位置である。

ＰＲ₁(t)＝√｛（Ｘs₁(t)−Ｘgps）^２＋（Ｙs₁(t)−Ｙgps）^２＋（Ｚs₁(t)−Ｚgps）^２｝ ＋ΔＳ(t) 式（１ａ）
ＰＲ₂(t)＝√｛（Ｘs₂(t)−Ｘgps）^２＋（Ｙs₂(t)−Ｙgps）^２＋（Ｚs₂(t)−Ｚgps）^２｝ ＋ΔＳ(t) 式（２ａ）
ＰＲ₃(t)＝√｛（Ｘs₃(t)−Ｘgps）^２＋（Ｙs₃(t)−Ｙgps）^２＋（Ｚs₃(t)−Ｚgps）^２｝ ＋ΔＳ(t) 式（３ａ）
ＰＲ₄(t)＝√｛（Ｘs₄(t)−Ｘgps）^２＋（Ｙs₄(t)−Ｙgps）^２＋（Ｚs₄(t)−Ｚgps）^２｝ ＋ΔＳ(t) 式（４ａ）

ここで、ＰＲ_i(t)（ＧＰＳ衛星の番号i＝1〜4）はデータ受信時刻ｔでの測位情報２９５に基づいて得られるＧＰＳ衛星iと測位装置１００との間の擬似距離である。Ｘs_i(t)、Ｙs_i(t) 、Ｚs_i(t)（ＧＰＳ衛星の番号i=1〜4）は各々、ＧＰＳ衛星iのＸ座標位置、Ｙ座標位置、Ｚ座標位置を示す。ΔＳ(t)は、時間情報であるクロック誤差δを距離に換算した距離換算クロック誤差であり、データ受信時刻ｔの測位情報２９５に基づいて得られるクロック誤差をδ(t)、光速をｃとするとΔＳ（ｔ）＝ｃ・δ（ｔ）で表せる。

式（１ａ）〜（４ａ）の連立方程式は、例えば最小二乗法により解くことができる。ここで、式（１ａ）〜（４ａ）の連立方程式を解くことにより、測位装置の位置（Ｘgps、Ｙgps、Ｚgps）と共に、距離換算クロック誤差ΔＳ（ｔ）が得られる。

（５）次に、判定部３９２は、データ受信時刻ｔの測位情報２９５による測位計算が１回目であるか２回目であるかの判定を行なう（Ｓ１０５）。

（６）判定の結果、データ受信時刻ｔの測位情報２９５に基く１回目の測位計算であれば、時刻補正部３４０は時刻補正を実施して、補正後のデータ受信時刻である補正後受信時刻ｔｃａｌを得る（Ｓ１０６）。

時刻補正は式（５）により行なう。すなわち、補正後受信時刻ｔｃａｌは、測位情報２９５に含まれるデータ受信時刻ｔから式（１ａ）〜（４ａ）で得られた距離換算クロック誤差ΔＳ（ｔ）を光速ｃで除算したクロック誤差δ（ｔ）を差し引くことで行う。

ｔcal＝ｔ−ΔＳ(t)/ｃ＝ｔ−δ(t) 式（５）

時刻補正部３４０は、補正後のデータ受信時刻である補正後受信時刻ｔcal３９６を衛星位置計算部３７０に対して出力する。

（７）次に、衛星位置計算部３７０は、補正後受信時刻ｔｃａｌを用いて各ＧＰＳ衛星の衛星位置（Ｘsi(t)、Ｙsi(t)、Ｚsi(t)）の計算を行う（Ｓ１０６）。衛星位置計算部３７０はステップＳ１０２と同じく、補正後受信時刻ｔｃａｌを入力し、軌道情報（エフェメリス）を用いて補正後受信時刻ｔｃａｌにおける衛星位置（Ｘsi(tcal)、Ｙsi(tcal)、Ｚsi(tcal)）（i=1〜4）を算出して測位計算部３９０に対して出力する。

（８）測位計算部３９０は、補正した衛星位置（Ｘsi(tcal)、Ｙsi(tcal)、Ｚsi(tcal)）（i=1〜4）を用いて再度測位計算を行う（Ｓ１０２）。
すなわち、以下の連立方程式（１ｂ）〜（４ｂ）を解くことにより、測位装置の位置（Ｘgps、Ｙgps、Ｚgps）を算出する。

ＰＲ₁(t)＝√｛（Ｘs₁(tcal)−Ｘgps）^２＋（Ｙs₁(tcal)−Ｙgps）^２＋（Ｚs₁(tcal)−Ｚgps）^２｝＋ΔＳ(t) 式（１ｂ）
ＰＲ₂(t)＝√｛（Ｘs₂(tcal)−Ｘgps）^２＋（Ｙs₂(tcal)−Ｙgps）^２＋（Ｚs₂(tcal)−Ｚgps）^２｝＋ΔＳ(t) 式（２ｂ）
ＰＲ₃(t)＝√｛（Ｘs₃(tcal)−Ｘgps）^２＋（Ｙs₃(tcal)−Ｙgps）^２＋（Ｚs₃(tcal)−Ｚgps）^２｝＋ΔＳ(t) 式（３ｂ）
ＰＲ₄(t)＝√｛（Ｘs₄(tcal)−Ｘgps）^２＋（Ｙs₄(tcal)−Ｙgps）^２＋（Ｚs₄(tcal)−Ｚgps）^２｝＋ΔＳ(t) 式（４ｂ）

（９）次に、判定部３９２は、測位計算部３９０での測位計算が１回目であるか、２回目であるかを判定する（Ｓ１０５）。

（１０）２回目の測位計算であれば、判定部３９２は連立方程式（１ｂ）〜（４ｂ）を解くことにより得られた位置（Ｘgps、Ｙgps、Ｚgps）を測位装置の位置として、テキストデータで例えばパーソナルコンピュータなどへデータをシリアル出力する（Ｓ１０７）。

（１１）制御部３０１は測位を継続するか否かを判定し（Ｓ１０８）、継続の場合はステップＳ１０１に戻り、測位情報２９５を受信する。

このように、この発明の実施の形態１では、まず、式（１ａ）〜（４ａ）で表される連立方程式を解くことによって得られる距離換算クロック誤差ΔＳ(t)を用いて、データ受信時刻ｔを補正するようにした。
次に、補正後のデータ受信時刻ｔcalに基づいて各ＧＰＳ衛星の衛星位置（Ｘs_i(tcal)、Ｙs_i(tcal)、Ｚs_i(tcal)）を算出するようにした。
そして、算出した衛星位置（Ｘs_i(tcal)、Ｙs_i(tcal)、Ｚs_i(tcal)）を用いた連立方程式（式（１ｂ）〜（４ｂ））を解くことにより、測位装置の位置（Ｘgps、Ｙgps、Ｚgps）を得るようにした。

このように実施の形態１では、１回目の測位計算により得られた距離換算クロック誤差ΔＳ(t)に基いて補正したデータ受信時刻を使用して算出した衛星位置を用いて再度測位計算を行なうので、ＸＯのような廉価なクロックを内部クロックに適用した測位装置においても、簡易に、精度の高い測位結果を得ることができる。
また、信号受信部２００の外部に、信号受信部２００が出力する測位情報２９５を処理して測位演算を行なう測位演算部３００を設けることで、演算処理方法の変更、改善が容易で、かつ、簡易に、精度の高い測位結果を得ることができるという効果を奏する。

なお、測位演算部３００は信号受信部２００内にあってもよく、信号受信部２００が、測位演算結果３９５を出力してもよい。また、信号受信部２００が測位演算部３００内にあってもよく、測位演算部３００が測位信号から測位信号１０を受信するようにしてもよい。

実施の形態２．
実施の形態１では、ＸＯのような廉価な時計を内部クロックに適用した測位装置において、精度改善を目的として測位計算部３９０は常に２回目の測位計算を行い、測位演算結果３９５を出力していた。実施の形態２では１回目の測位計算において得られたクロック誤差δ（ｔ）（＝ΔＳ（ｔ）／ｃ）の大きさを判定し、クロック誤差δ（ｔ）が小さい場合には２回目の測位計算は行わず、１回目の計算結果を測位演算結果３９５として出力する。

図３に、実施の形態２における測位演算部３００の構成を示す。測位演算部３００の構成は実施の形態１の構成と同じである。

図６は、実施の形態２における測位演算部３００の動作フローを説明する図である。実施の形態２において、実施の形態１と同一又は相当の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

次に、図３と図６と図７を用いて、測位演算部３００の動作を説明する。
（１）まず、クロック誤差δ（ｔ）の大小を判定するための基準値として、クロック誤差閾値δclockを判定部３９２内に設定する（Ｓ２００）。クロック誤差閾値δclockは例えば図７に示すように２（ミリ秒）に設定するが、要求する測位精度に応じて設定値を変更してよい。

（２）測位計算部３９０は受信した測位情報２９５に基づいて、衛星位置の計算（Ｓ１０２）、擬似距離の補正（Ｓ１０３）を行い、測位計算部３９０が測位装置の位置（Ｘgps、Ｙgps、Ｚgps）及びクロック誤差δ（ｔ）を算出して出力する（Ｓ１０４）。

（３）次に、判定部３９２は、クロック誤差δ(t)とクロック誤差閾値δclockとの大小比較を行う（Ｓ２０５）。
（４）クロック誤差δ(t)がクロック誤差閾値δclockより大の場合は、測位結果に含まれる誤差が大きいと判断して、実施の形態１の時と同様に、時刻補正を行ない、補正後受信時刻ｔｃａｌを得る（Ｓ１０６）。
（５）衛星位置計算部３７０は、入力された補正後受信時刻ｔｃａｌでの衛星位置（Ｘs_i(tcal)、Ｙs_i(tcal)、Ｚs_i(tcal)）（i=1〜4）を計算する（Ｓ２０７）。
（６）測位計算部３９０は、Ｓ２０７で計算された衛星位置を用いて式（１ｂ）〜式（４ｂ）の連立方程式をたてて再度測位計算を行い（Ｓ２０８）、測位結果（Ｘgps、Ｙgps、Ｚgps）を出力する（Ｓ１０７）。

このように実施の形態２では、測位計算で算出されたクロック誤差δ（ｔ）と予め設定したクロック誤差閾値δclockとを比較し、クロック誤差δ(t)が小さい場合には計算結果（Ｘgps、Ｙgps、Ｚgps）に含まれる誤差は小さいと判断して、この結果を測位演算結果３９５として出力するようにした。

実施の形態２では、１回目の測位計算により得られたクロック誤差δ(t)が小さい場合には時刻補正はせず２回目の測位計算を省略するため、測位計算部３９０の負荷を減らすことができると共に、測位演算結果３９５を得るまでの時間が短縮されるという効果がある。
また、信号受信部２００の外部に、信号受信部２００が出力する測位情報２９５を処理して測位演算を行なう測位演算部３００を設けることで、演算処理方法の変更、改善が容易で、かつ、簡易に、精度の高い測位結果を得ることができるという効果を奏する。

なお、測位演算部３００は信号受信部２００内にあってもよく、信号受信部２００が、測位演算結果３９５を出力してもよい。また、信号受信部２００が測位演算部３００内にあってもよく、測位演算部３００が測位信号から測位信号１０を受信するようにしてもよい。

実施の形態３．
実施の形態２では、測位計算部３９０において算出されたクロック誤差δ(t)が小さいときには２回目の測位計算は省略することで測位時間の短縮を図った。
ここで、測位装置１００がＧＰＳ衛星１から測位信号１０を受信して測位を行なう測位間隔のことをエポック（ｅｐｏｃｋ）とする。１エポックは例えば１（秒）である。実施の形態３では、現在のエポック（ｅｐｏｃｋ）におけるクロック誤差δ（ｔ）を、１つ前のエポックにおけるクロック誤差δ（ｔ-1）や２つ前のエポックにおけるクロック誤差δ（ｔ-2）等を用いて時間外挿により推定し、推定した現エポックのクロック誤差δ（ｔ）を用いてデータ受信時刻ｔを補正する。補正したデータ受信時刻ｔcalを用いて衛星位置の計算を行ない、計算した衛星位置を用いて測位計算を行うことで、１回の測位演算のみでリアルタイムに、精度の高い測位結果を得る。

図８は、実施の形態３における測位演算部７００の構成図である。
測位演算部７００は、時刻補正部３４０とクロック誤差時間外挿部３５０とクロックドリフト計算部３６０と衛星位置計算部３７０と擬似距離補正部３８０と測位計算部３９０と測位演算部７００の全体の動作を制御する制御部３０１とを備える。擬似距離補正部３８０に接続する擬似距離補正値受信部３８２を設け、擬似距離補正部３８０が外部から補正情報を取得し、この補正情報により擬似距離を補正するようにしてもよい。実施の形態３において、実施の形態１、２と同一又は相当の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

図９は実施の形態３における測位演算部７００の動作フローを示した図である。図１０は実施の形態３における測位演算部７００の動作フローの続きを示した図である。図１１は測位演算部７００の動作フローを説明するためデータ受信時刻tと距離換算クロック誤差ΔＳを表した図である。また、図１２はクロック誤差のデータの流れを説明する図である。

次に、図８と図９〜図１２を用いて、実施の形態３における測位演算部７００の動作を説明する。
（１）まず、制御部３０１は測位回数をカウントするエポックカウンタの初期化を行う（Ｓ３０１）。測位開始時点では、エポックカウンタＩを「０」として初期化する。

（２）測位演算部７００は信号受信部２００から測位情報２９５を受信する（Ｓ３０２）。

（３）制御部３０１はエポックカウンタＩが３未満であるか否かを判定する（Ｓ３０３）。

（４）制御部３０１はエポックカウンタＩが３未満であれば、エポックカウンタＩに１を加算する（Ｓ３０４）。

（５）制御部３０１はエポックカウンタＩが３以上であるか否かを判定する（Ｓ３０５）。３エポック目以降でなければ図１０のＳ３２０に移る。

（６）図１０のＳ３２０において、制御部３０１は１エポック目であるか否かを判定する（Ｓ３２０）。

（７）１エポック目であれば、衛星位置計算部３７０は、ＧＰＳ衛星の衛星位置を計算する（Ｓ３２１）。衛星位置計算部３７０は、データ受信時刻ｔを入力し航法メッセージで与えられる軌道情報（エフェメリス）に基いて衛星位置（Ｘs_i(t)、Ｙs_i(t) 、Ｚs_i(t)）（ＧＰＳ衛星の番号i=1〜4）を算出する。

（８）擬似距離補正部３８０は、航法メッセージに含まれる電離層遅延や対流圏遅延に関する情報に基き、信号受信部２００から受信した擬似距離ＰＲを補正する（Ｓ３２２）。ここで、擬似距離補正値受信部３８２を設けた場合、擬似距離補正部３８０はＤＧＰＳ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ＧＰＳ）の補正情報を取得し、擬似距離を補正するようにしてもよい。

（９）次に、測位計算部３９０は測位計算を行い、測位装置１００の位置（Ｘgps、Ｙgps、Ｚgps）を算出する（Ｓ３２３）。具体的には、実施の形態１の時と同様に式（１ａ）〜（４ａ）の連立方程式を解くことにより測位装置の位置（Ｘgps、Ｙgps、Ｚgps）を算出する。ここで、式（１ａ）〜（４ａ）の連立方程式を解くことにより、測位装置の位置と共に、距離換算クロック誤差ΔＳ（ｔ）が得られる。測位計算部３９０は距離換算クロック誤差ΔＳ（ｔ）をクロックドリフト計算部３６０に対して出力する。

（１０）クロックドリフト計算部３６０は、入力された距離換算クロック誤差ΔＳ（ｔ）を２エポック前の距離換算クロック誤差ΔＳ-2として保存する（Ｓ３２４）。次に、Ｓ３０２に戻る。

（１１）Ｓ３２０の判定において２エポック目であれば、測位計算部３９０は、１エポック目の時と同様に衛星位置の計算と擬似距離の補正と測位計算を行なう（Ｓ３２５〜Ｓ３２７）。測位計算部３９０は距離換算クロック誤差ΔＳをクロックドリフト計算部３６０に対して出力する。

（１２）クロックドリフト計算部３６０は、入力された距離換算クロック誤差ΔＳ（ｔ）を、１エポック前の距離換算クロック誤差ΔＳ-1として保存する（Ｓ３２８）。次にＳ３０２に戻る。

（１３）Ｓ３０５において３エポック目以降であった場合は、以下のことを行う。クロックドリフト計算部３６０は、１エポック前の距離換算クロック誤差ΔＳ-1と２エポック前の距離換算クロック誤差ΔＳ-2との差分ΔＳｄを算出する（Ｓ３０６、図１１参照）。差分ΔＳｄをクロック誤差時間外挿部３５０に対して出力する（ΔＳｄ ＝ ΔＳ-1 ΔＳ-2）。

（１４）次に、クロック誤差時間外挿部３５０は、１エポック前の距離換算クロック誤差ΔＳ-1とＳ３０５で求めた差分ΔＳｄとを加算することにより現エポックにおける距離換算クロック誤差の推定値ΔＳ'を算出する（Ｓ３０７、図１１〜１２参照）。算出したΔＳ’を時刻補正部３４０に出力する（ΔＳ' ＝ ΔＳ-1 ＋ ΔＳｄ）。

（１５）時刻補正部３４０は、距離換算クロック誤差の推定値ΔＳ'を得て時刻補正を行う。データ受信時刻ｔgpsを式（７）により補正し補正後のデータ受信時刻ｔｃａｌを得る（Ｓ３０８）。ここで、ｃは光速である。
ｔｃａｌ＝tgps−ΔＳ'／ｃ 式（７）
時刻補正部３４０は、補正後受信時刻ｔｃａｌ３９６を衛星位置計算部３７０に対して出力する。

（１６）次に、衛星位置計算部３７０は、補正後受信時刻ｔｃａｌに基いて各ＧＰＳ衛星の衛星位置（Ｘs_i(t)、Ｙs_i(t)、Ｚs_i(t)）（i＝1〜4）の計算を行う（Ｓ３０９）。衛星位置計算部３７０は、航法メッセージで与えられる軌道情報（エフェメリス）に補正後受信時刻ｔｃａｌを与えることにより補正後の衛星位置を求める。これにより、補正後受信時刻ｔｃａｌでの衛星位置（Ｘs_i(tcal)、Ｙs_i(tcal)、Ｚs_i(tcal)）（i=1〜4）を取得する。取得した衛星位置（Ｘs_i(tcal)、Ｙs_i(tcal)、Ｚs_i(tcal)）を測位計算部３９０に対して出力する。

（１７）擬似距離補正部３８０は、測位情報２９５の航法メッセージに含まれる電離層遅延や対流圏遅延に関する情報に基き、信号受信部２００から受信した擬似距離ＰＲを補正する（Ｓ３１０）。補正した擬似距離を測位計算部３９０に対して出力する。

（１８）次に、測位計算部３９０は測位計算を行い、測位装置１００の位置（Ｘgps、Ｙgps、Ｚgps）を算出する（Ｓ３１１）。具体的には、衛星位置計算部３７０から入力された衛星位置（Ｘs_i(tcal)、Ｙs_i(tcal)、Ｚs_i(tcal)）と、擬似距離補正部３８０から入力した擬似距離ＰＲi(t) （i=1〜4）を用いて、実施の形態１における式（１ｂ）〜（４ｂ）の連立方程式を立てる。そして、この連立方程式を解くことにより測位装置の位置を算出する。
ここで、式（１ｂ）〜（４ｂ）の連立方程式を解くことにより、測位装置の位置（Ｘgps、Ｙgps、Ｚgps）と共に、距離換算クロック誤差ΔＳが得られる。測位計算部３９０は距離換算クロック誤差ΔＳをクロックドリフト計算部３６０に対して出力する。

（１９）次に、クロックドリフト計算部３６０は、１エポック前の距離換算クロック誤差ΔＳ-1を２エポック前の距離換算クロック誤差ΔＳ-2に保存する（Ｓ３１２、図１２参照）。

（２０）クロックドリフト計算部３６０は、入力された距離換算クロック誤差ΔＳ（ｔ）を保存していた１エポック前の距離換算クロック誤差ΔＳ-1として保存する（Ｓ３１３、図１２参照）。

（２１）次にＳ３０２に戻り、測位を継続する。

このように実施の形態３では、１エポック前と２エポック前のクロック誤差の値を用いて現エポックにおけるクロック誤差ΔＳを直線外挿により推定するようにし、推定したクロック誤差を用いてデータ受信時刻tgpsの時刻補正を行う。そして、補正したデータ受信時刻に基づいて衛星位置を計算し、算出した衛星位置及び擬似距離により測位計算を行なうようにした。

これにより、ＸＯのような廉価なクロックを内部クロックに適用した測位装置においても、現エポックにおけるクロック誤差を精度よく推定することができ、結果として、簡易に、かつリアルタイムに精度の高い測位結果を得ることができる。
また、信号受信部２００の外部に、信号受信部２００が出力する測位情報２９５を処理して測位演算を行なう測位演算部７００を設けることで、演算処理方法の変更、改善が容易で、かつ、簡易に、精度の高い測位結果を得ることができるという効果を奏する。

実施の形態３では、１エポック前と２エポック前のクロック誤差の値を用いて直線外挿によりクロック誤差を推定しているが、推定に使用するクロック誤差の数は２個に限らず３個以上であってもよく、高次関数によりクロック誤差を推定するようにしてもよいことは言うまでもない。

なお、測位演算部７００は信号受信部２００内にあってもよく、信号受信部２００が、測位演算結果３９５を出力してもよい。また、信号受信部２００が測位演算部３００内にあってもよく、測位演算部３００が測位信号から測位信号１０を受信するようにしてもよい。

実施の形態４．
実施の形態３では過去のクロック誤差の値を用いて現エポックにおけるクロック誤差を推定し、推定したクロック誤差を用いて時刻補正をし、現エポックにおける測位計算を行なうようにした。ＸＯのような廉価なクロックを内部クロックに適用した測位装置で、このように過去のクロック誤差の値から現エポックにおけるクロック誤差を推定する場合、クロック精度に起因したクロックリセットが発生するため、クロックリセットの時点では推定したクロック誤差と実際のクロック誤差の値とで大きな差異が生じる。実施の形態４では、測位演算部はクロックリセットを検出する機能を備え、クロックリセット時において測位結果に不連続が発生することを防止する。

図１３は、実施の形態４における測位演算部８００の構成図である。実施の形態４の測位演算部８００は、実施の形態３の測位演算部７００の構成に対して、新たに、データ受信時刻ずれ量計算部３１０とクロックリセット検出部３２０とクロックリセット補償部３３０とを備える。実施の形態４において、実施の形態１〜３と同一又は相当の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。また、１エポックは１（秒）とする。

図１４は、実施の形態４における測位演算部８００の動作フローの図である。図１５〜図１７は、実施の形態４における測位演算部８００の動作フローの続きを示した図である。また、図１８は、測位演算部８００の動作フローを説明するためデータ受信時刻tと距離換算クロック誤差ΔＳを表した図である。

次に、図１３と図１４〜図１８を用いて、実施の形態４における測位演算部８００の動作を説明する。
（１）Ｓ４０１〜Ｓ４０４の動作については、実施の形態３におけるＳ３０１〜Ｓ３０４の動作と同じである。

（２）Ｓ４０５において、データ受信時刻ずれ量計算部３１０は、週始めからの通し秒数で秒の単位で出力されるデータ受信時刻tgpsの小数点以下の端数を切り捨て、あるいは切り上げる処理を行う。信号受信部２００が出力するデータ受信時刻tgpsは、測位装置が備えるクロック誤差によって整数とはならずに、tgpsの小数点以下に端数が生じる。そして、データ受信時刻tgpsの小数点以下の端数の切り捨てあるいは切り上げるを行なった後の値をtgps_trueとする。

例えば、データ受信時刻tgpsが３．００４（秒）であった場合、データ受信時刻ずれ量計算部３１０はtgpsの小数点以下を切捨てる処理を行い、切捨て後の値tgps_trueは３．０００（秒）となる。また、データ受信時刻tgpsが２．９９５（秒）であった場合、tgpsの小数点以下を切上げる処理を行い、切上げ後の値tgps_trueは３．０００（秒）となる。
このようにデータ受信時刻ずれ量計算部３１０は、データ受信時刻tgpsを整数化する処理を行う。切り捨て、あるいは切り上げの判断は、例えば小数点以下が０．５未満であれば切り捨て、０．５以上であれば切り上げることに依る。

（３）Ｓ４０６において、測位時刻ずれ量計算部３１０は、データ受信時刻ｔgpsとｔgps_trueとの差分Δtgpsを計算する（Δtgps ＝ｔgps − ｔgps_true）。

（４）Ｓ４０７においては、測位計算が測位開始後３エポック目以降（Ｉ≧３）の測位情報に基づくものか否かを判定する。３エポック目以降であれば、Ｓ４０８に移る。３エポック目以降でなければＳ４３０〜Ｓ４４０の動作に移る（図１７）。

（５）Ｓ４３０〜Ｓ４３８では、実施の形態３におけるＳ３２０〜Ｓ３２８と同じ動作を行なう。すなわち、受信した測位情報２９５に基づいて、衛星位置の計算と擬似距離の補正を行なった後、式（１ａ）〜（４ａ）により測位計算を行ない測位結果を算出する。同時に得られた距離換算クロック誤差ΔＳをＳ４３０での判定に従い、１エポック前のクロック誤差ΔＳ-1または２エポック前のクロック誤差ΔＳ-2に保存する。

（６）次に、Ｓ４３９において、Ｓ４０５で求めた差分Δtgpsを１エポック前の値Δtgps-1として保存する。次に、Ｓ４４０において、Ｓ４３２で補正した現エポックの擬似距離ＰＲを１つ前のエポックにおける擬似距離ＰＲ_OLDに保存する。

（７）Ｓ４０７において３エポック目以降の判定結果であった場合は、Ｓ４０８において、１エポック前の距離換算クロック誤差ΔＳ-1と２エポック前の距離換算クロック誤差ΔＳ-2との差分ΔＳｄを算出する（ΔＳｄ ＝ ΔＳ-1 − ΔＳ-2）。

（８）Ｓ４０９において、測位時刻ずれ量計算部３１０は、クロックリセット検出用の時刻差分Δｔgps_resetを式（８）により計算する。ここで、Δtgps-1は、１エポック前のデータ受信時刻ｔgps-1とｔgps-1の端数の切上げ又は切捨てを行なったｔgps_true-1との差分値である（Δtgps-1 ＝ ｔgps-1 − ｔgps_true-1）。

Δtgps_reset ＝ |Δtgps Δtgps-1| 式（８）

（９）Ｓ４１０において測位時刻ずれ量計算部３１０は、算出したΔtgpsを１エポック前の値Δtgps-1として保存する。

（１０）Ｓ４１１においてクロックリセット検出部３２０は、Δtgps_resetと予め設定したしきい値Clock_resetとの大小比較を行なう。この比較により、クロックリセットが発生したか否かを判定する。
クロックリセット検出用のしきい値Clock_resetは例えば９（ミリ秒）に設定するが、信号受信部２００の仕様に応じて値を設定するようにしてよい。

（１１）Ｓ４１１においてクロックリセットが検出された場合、クロックリセット補償部３３０は、Ｓ４１２〜Ｓ４１４において距離換算クロック誤差ΔＳの補償を行なう。

（１２）Ｓ４１２において、１つ前のエポックの擬似距離ＰＲ_OLDと現エポックの擬似距離ＰＲとの差分ΔＰＲを算出する（ΔＰＲ＝ＰＲ−ＰＲ_OLD）。

（１３）Ｓ４１３において、クロックリセット補償部３３０は１エポック前のクロック誤差ΔＳ-1の正負を判定する。

（１４）Ｓ４１４、Ｓ４１５において、クロックリセット補償部３３０は、Ｓ４１３におけるΔＳ-1の正負に応じて、１エポック前のクロック誤差ΔＳ-1に擬似距離の差分ΔＰＲを加算、あるいは減算する。これにより、現エポックにおける距離換算クロック誤差の推定値ΔＳ'を算出する（ΔＳ' ＝ ΔＳ-1 − ΔＰＲ、あるいは、ΔＳ' ＝ ΔＳ-1 ＋ ΔＰＲ）。

（１５）Ｓ４１１においてクロックリセットが検出されなかった場合には、Ｓ４１６において、クロック誤差の時間外挿を行ない、現エポックにおける距離換算クロック誤差の推定値ΔＳ’を算出する（ΔＳ' ＝ ΔＳ-1 ＋ ΔＳd）。

（１６）Ｓ４１７〜Ｓ４２２においては、実施の形態３におけるＳ３０８〜Ｓ３１３と同じ動作を行なう。
すなわち、時刻補正部３４０は推定した距離換算クロック誤差ΔＳ’に基づきデータ受信時刻tgpsの時刻補正を行う（Ｓ４１７）。
そして、擬似距離補正部３８０で補正した擬似距離と、衛星位置計算部３７０で補正後のデータ受信時刻ｔｃａｌに基づいて算出したＧＰＳ衛星位置とを用いて式（１ｂ）〜（４ｂ）により測位計算を行なう（Ｓ４２０）。
次に、クロックドリフト計算部３６０は、１エポック前の距離換算クロック誤差ΔＳ-1を２エポック前の距離換算クロック誤差ΔＳ-2に保存する（Ｓ４２１）。
クロックドリフト計算部３６０は、測位計算と同時に得られた距離換算クロック誤差ΔＳを、１エポック前のクロック誤差ΔＳ-1に保存する（Ｓ４２２）。
Ｓ３０２に戻り、測位を継続する。

図１９〜図２１に、実施の形態４における測位装置８００の測位結果の一例を示す。図１９は、経過時間に対し測位演算により得られたクロック誤差δを示した図である。図２０は、実施の形態４における測位結果の一例である。縦軸は測位演算によって得られた位置の緯度方向と経度方向の誤差量（Δ緯度、Δ経度）である。図２１は、縦軸をΔ緯度、横軸をΔ経度としたとき、経過時刻毎の測位結果をプロットしたものである。

図２９〜３２の従来の測位結果の一例と比較し、クロック誤差の変化に無相関で、精度が改善されていることがわかる。また、クロックリセット時においても、測位結果に不連続が生じていないことがわかる。

このように実施の形態４では、現エポックにおけるデータ受信時刻tgpsとtgpsの端数の切上げまたは切捨てをしたtgps_trueとの差分Δtgpsと、１つ前のエポックにおけるデータ受信時刻tgps-1とtgps-1の端数の切上げまたは切捨てをしたtgps_true-1との差分Δtgps-1との差分の絶対値を求め、クロックリセット検出用の時刻差分Δtgps_resetとすることを示した。

そして、このΔtgps_resetと予め設定したしきい値Clock_resetとの大小比較により、クロックリセットの検出を行なうことを示した。

クロックリセットが検出された場合は、現エポックでの擬似距離ＰＲと１つ前のエポックでの擬似距離ＰＲ_oldの差分ΔＰＲ（ΔＰＲ＝ＰＲ−ＰＲ_old）を、１つ前のエポックにおけるクロック誤差ΔＳ-1に加算あるいは減算することで、クロックリセットによる距離換算クロック誤差ΔＳの補正を行なうことを示した。

このように実施の形態４において、測位演算部８００はデータ受信時刻ずれ量計算部３１０とクロックリセット検出部３２０とクロックリセット補償部３３０とを設け、クロックリセットの検出とクロックリセット発生時のクロック誤差の補正を実施するようにした。これにより、ＸＯのような廉価なクロックを内部クロックに用いた測位装置においても、クロックリセットにより発生する測位結果の不連続を防止し、リアルタイムに、精度の高い測位結果を得ることができる、という効果がある。
また、信号受信部２００の外部に、信号受信部２００が出力する測位情報２９５を処理して測位演算を行なう測位演算部８００を設けることで、演算処理方法の変更、改善が容易で、かつ、簡易に、精度の高い測位結果を得ることができるという効果を奏する。

また、実施の形態４において、クロックリセットの検出に信号受信部２００が出力するデータ受信時刻tgpsを用いることから、簡易にクロックリセットを検出できる、という効果がある。

この効果のことを補足説明すると、実施の形態４では、データ受信時刻ｔに基づきクロックリセットを検出したが、信号受信部２００が出力する擬似距離ＰＲの変動に基づきクロックリセットを検出するようにしてもよい。しかしながら擬似距離ＰＲを用いた検出では、擬似距離を観測している衛星と測位装置との間に遮蔽物等が入り込んだ場合では衛星からの測位信号が受信できなくなり、擬似距離情報が取得できずにクロックリセットの検出を失敗することがある。このため、擬似距離によりクロックリセットを確実に検出するためには、複数のＧＰＳ衛星の擬似距離を入力し、これら複数のＧＰＳ衛星の擬似距離をモニタすることでクロックリセットを検出するようにしなければならず、計算量が増える。一方、データ受信時刻ｔによる検出においては、データ受信時刻ｔは全ＧＰＳ衛星に対して共通の値であるため、一部のＧＰＳ衛星からの測位信号が遮蔽物等により突然受信できなくなっても、受信時刻ｔを取得できる。このため、クロックリセットの検出にはデータ受信時刻ｔの１変数のみに着目しておけばよく、クロックリセットの検出が簡易にできるという効果がある。

なお、測位演算部８００は信号受信部２００内にあってもよく、信号受信部２００が、測位演算結果３９５を出力してもよい。また、信号受信部２００が測位演算部３００内にあってもよく、測位演算部３００が測位信号から測位信号１０を受信するようにしてもよい。

実施の形態５．
実施の形態３と４では、測位開始後の３エポック目以降については、１エポック目と２エポック目の測位計算で得られたクロック誤差のデータを用いることで現エポックのクロック誤差を推定することができ、推定したクロック誤差を用いて現エポックでの測位計算を行なうようにした。このため、１エポック目や２エポック目のような測位開始直後や、トンネル通過後のような未測位直後の測位計算においては、以前のクロック誤差のデータが無いためクロック誤差を推定することができず、測位開始直後は測位結果に精度劣化が生じる。実施の形態５では、測位開始直後の測位精度を改善する。

図２２は、実施の形態５における測位演算部９００の構成図である。図２３は、測位演算部９００の動作フローを説明する図である。
測位演算部９００は、エポック判定部６０１と第１測位演算部６０５と第２測位演算部６０６と測位演算部９００全体の動作を制御する制御部３０１とを備える。

第１測位演算部６０５の構成は、図３で示した実施の形態１における測位演算部３００の構成と同じであり、第１測位演算部６０５の動作は、図４で示した実施の形態１における測位演算部３００の動作フローと同じである。

また、第２測位演算部６０６の構成は、図１３で示した実施の形態４における測位演算部８００の構成と同じであり、第２測位演算部６０６の動作は、図１４〜図１８で示した実施の形態４における測位演算部８００の動作フローと同じである。

次に、図２２と図２３を用いて、実施の形態５における測位演算部９００動作を説明する。
（１）制御部３０１は、測位装置の電源がＯＮとなった時点でエポックカウンタＩを０にリセットする（Ｓ６００）。

（２）制御部３０１は測位情報２９５を受信すると、エポックカウンタに１を加算し、エポック判定部６０１はエポックカウンタＩが３未満（Ｉ＜３）であるか否かを判定する（Ｓ６１０）。

（３）エポックカウンタＩが３未満であれば、制御部３０１は過去のクロック誤差のデータが無いと判断し、第１測位演算部６０５が測位情報２９５を受信して測位演算を行なう（Ｓ６２０）。第１測位演算部６０５は、実施の形態１で示したように１回目の測位計算により得られた距離換算クロック誤差ΔＳを用いて時刻補正をした後に衛星位置を計算し、２回目の測位計算により得られた測位演算結果３９５を出力する。

（４）エポックカウンタＩが３未満でなければ、制御部３０１は過去のクロック誤差のデータがあると判断し、第２測位演算部６０６が測位情報２９５を受信して測位演算を行なう（Ｓ６３０）。第２演算部６０６は、実施の形態４で示したように現クロックでの距離換算クロック誤差の推定値ΔＳ'を過去の距離換算クロック誤差の値から算出し、推定値ΔＳ’を用いて測位計算を行ない、得られた結果を測位演算結果３９５として出力する。

このように実施の形態５においては、第１測位演算部６０５と第２測位演算部６０６ととを備え、以前のクロック誤差の値が無いときには、第１測位演算部が補正したクロック誤差を用いた２回目の測位計算を行い、得られた結果を測位演算結果３９５として出力し、以前のクロック誤差の値があるときには、第２測位演算部が現エポックでのクロック誤差を以前のクロック誤差から推定して測位計算を行い、得られた結果を測位演算結果３９５として出力するようにしたので、測位開始直後であっても精度の高い測位結果を得ることができる。
また、信号受信部２００の外部に、信号受信部２００が出力する測位情報２９５を処理して測位演算を行なう測位演算部９００を設けることで、演算処理方法の変更、改善が容易で、かつ、簡易に、精度の高い測位結果を得ることができるという効果を得ることができる。

実施の形態５では、１エポック目や２エポック目のような測位開始直後を例にとり説明したが、トンネル通過後のような未測位の状態が続いた直後の測位計算においても、この実施の形態５における発明は、同様の効果を得ることができる。

なお、測位演算部９００は信号受信部２００内にあってもよく、信号受信部２００が、測位演算結果３９５を出力してもよい。また、信号受信部２００が測位演算部３００内にあってもよく、測位演算部３００が測位信号から測位信号１０を受信するようにしてもよい。

実施の形態６．
実施の形態３から実施の形態５では、以前のエポックにおけるクロック誤差のデータを用いて現エポックのクロック誤差を推定していた。実施の形態６では、測位装置１００内に温度センサ５００とクロックドリフト記憶部３５２を設け、クロックドリフト記憶部３５２内に格納された温度に対するクロックドリフトΔＳdriftの値を用いることで、現エポックにおける距離換算クロック誤差ΔＳ’を推定する。

ここでクロックドリフトΔＳdriftとは、距離換算クロック誤差ΔＳの時間変化率のことをいう。

図２４は、実施の形態６における測位装置１００の構成図である。図２５は、実施の形態６における測位演算部１０００の構成図である。
実施の形態６における測位装置１００は温度センサ５００を備え、測位演算部３００はクロックドリフト記憶部３５２を備える。実施の形態６において、実施の形態１〜５と同一又は相当の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

図２６に、クロックドリフト記憶部３５２に格納されたクロック温度ＴとクロックドリフトΔＳdriftとの対応表の一例を示す。測位装置１００の内部クロックに温度補償回路の無い廉価なＸＯを使用した場合、温度補償が無いことからＸＯは各温度に対して異なるクロック誤差を示し、距離換算クロック誤差ΔＳは図２７に示すような温度依存性を示す。このようにクロック誤差ΔＳは温度に対して変動することから、クロックドリフトΔＳdriftも温度依存性を示す。

図２６に示した例では、クロックドリフトΔＳdriftは−１０℃の低温では＋７（μs/s）程度であるが、６０℃の高温では−７（μs/s）程度まで低下する。このように温度に対して変動するクロックドリフトΔＳdriftを予め測定し、測定結果をクロックドリフト記憶部３５２に格納しておくことで、装置温度の情報を入力することによりクロックドリフトを推定することができる。

図２４、２５を用いて実施の形態６の測位演算部３００の動作を説明する。実施の形態６において、実施の形態１〜５と同一又は相当の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

（１）信号受信部２００近傍に設置された温度センサ５００は、設置箇所の温度である温度情報５０５をクロック誤差時間外挿部３５０に出力する。

（２）温度情報５０５を受信したクロック誤差時間外挿部３５０は、クロックドリフト記憶部３５２にアクセスし、受信した温度に対応したクロックドリフトΔＳdriftの情報を取得する。

（３）クロック誤差時間外挿部３５０は、取得したクロックドリフトΔＳdriftを時刻補正部３４０に出力する。

（４）時刻補正部３４０は１エポック前のクロック誤差ΔＳ-1に対して、現エポックで取得したクロックドリフトΔＳdriftを加算することで、現エポックにおけるクロック誤差ΔＳ’を算出する（ΔＳ’＝ ΔＳ-1 ＋ ΔＳdrift）。

（５）以降、例えば、実施の形態４における測位演算部３００の動作フロー（図１５のＳ４０８以降に示したステップ）により、測位計算を行なう。

このように実施の形態６では、測位演算部１０００は温度センサ５００とクロックドリフト記憶部３５２とを備えた。各温度におけるクロックドリフト量のデーターベースを予め測位演算部１０００内に設けることで、簡易に、現エポックでのクロック誤差が推定できるようになる。そして、測位演算部１０００の演算負荷を軽減すると共に、リアルタイムに、精度の高い測位結果を得ることができる。
また、信号受信部２００の外部に、信号受信部２００が出力する測位情報２９５を処理して測位演算を行なう測位演算部１０００を設けることで、演算処理方法の変更、改善が容易で、かつ、簡易に、精度の高い測位結果が得られるという効果を奏する。

ここで、実施の形態６の別の実施例を説明する。
クロック誤差時間外挿部３５０は、クロックドリフト記憶部３５２から取得したクロックドリフト（以後、ΔＣｄ_aという）と、クロックドリフト計算部３６０から取得したクロックドリフト（以後、ΔＣｄ_bという）とを比較し、比較により算出したクロックドリフトΔＳｄを時刻補正部３４０に出力するようにしてもよい。

一例として、上記のΔＣｄ_aとΔＣｄ_bとを比較し、ΔＣｄ_aとΔＣｄ_bとの差が予め設定した数値内であればΔＣｄ_bをクロックドリフトΔＣｄとして時刻補正部３４０に出力し、数値内でなければΔＣｄ_aをクロックドリフトΔＣｄとして時刻補正部３４０に出力するようなことを行なってもよい。

これにより、クロックドリフト計算部３６０が計算したクロック誤差ΔＳｄ_bに突発的に大きな誤差が含まれた場合であっても、測位計算にΔＣｄ_aを使用することで、測位演算結果３９５の精度劣化を防止することができる。

また、実施の形態６の別の実施例として、クロック誤差時間外挿部３５０は、距離換算クロック誤差ΔＣｄ_aとΔＣｄ_bとを入力し、ΔＣｄ_aとΔＣｄ_bとの値から推測したクロックドリフトΔＳｄを時刻補正部３４０に出力するようにしてもよい。

また、実施の形態６の別の実施例として、クロック誤差時間外挿部３５０は、ΔＣｄ_aとΔＣｄ_bとを入力し、ΔＣｄ_aとΔＣｄ_bとの値から推測したクロックドリフトΔＳｄを時刻補正部３４０に出力すると共に、推測したクロックドリフトΔＳｄとその時の温度情報５０５をクロックドリフト記憶部３５２に返還し、クロックドリフト記憶部３５２に格納された温度に対するクロックドリフト量のデータを順次更新するようにしてもよい。

なお、測位演算部１０００は信号受信部２００内にあってもよく、信号受信部２００が、測位演算結果３９５を出力してもよい。また、信号受信部２００が測位演算部３００内にあってもよく、測位演算部３００が測位信号から測位信号１０を受信するようにしてもよい。

実施の形態７．
実施の形態１〜６では、疑似距離補正情報受信部３８２が外部から補正情報を取得し、疑似距離補正部３８０が擬似距離を補正するようにしてもよい。

図２８に、測位装置１００を適用した測位システムの一例を示す。ここで、測位装置１００は、例えばＤＧＰＳ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ−ＧＰＳ）の測位方式での補正情報１１を、ＤＧＰＳの参照局（あるいは、基準局）５０から受信するようにしてもよい。この他にも、測位装置１００は、ＦＫＰ−ＤＧＰＳ（Ｆｌａｕｃｈｅｎ ｋｏｒｒｅｃｔｕｒ Ｐａｒａｍａｔｅｒ−ＤＧＰＳ）の測位方式での補正情報１１（面補正パラメータ）をその参照局（あるいは、基準局）５０から受信するようにしてもよい。

このように実施の形態７では、測位装置１００は外部から補正情報を取得することで、更に測位精度を改善することができる。

この発明における実施の形態１の測位装置の構成図である。 この発明における実施の形態１の測位信号受信部の構成図である。 この発明における実施の形態１の測位演算部の構成図である。 この発明における実施の形態１の測位演算部の動作フローを示した図である。 この発明における実施の形態１の衛星位置計算部の計算過程を示した図である。 この発明における実施の形態２の測位計算部の動作フローを示した図である。 この発明における実施の形態２のクロック誤差閾値を示す図である。 この発明における実施の形態３の測位計算部の構成図である。 この発明における実施の形態３の測位演算部の動作フローを示した図である。 この発明における実施の形態３の測位計算部の動作フローの続きを示した図である。 この発明における実施の形態３の測位計算部の動作フローを説明するためのクロック誤差を表した図である。 この発明における実施の形態３のクロック誤差のデータの流れを説明する図である。 この発明における実施の形態４の測位演算部の構成図である。 この発明における実施の形態４の測位演算部の動作フローを示した図である。 この発明における実施の形態４の測位演算部の動作フローの続きを示した図である。 この発明における実施の形態４の測位演算部の動作フローの続きを示した図である。 この発明における実施の形態４の測位演算部の動作フローの続きを示した図である。 この発明における実施の形態４の測位計算部の動作フローを説明するためのクロック誤差を表した図である。 この発明における実施の形態４の測位結果の一例を示す図である。 この発明における実施の形態４の測位結果の一例を示す図である。 この発明における実施の形態４の測位結果の一例を示す図である。 この発明における実施の形態５の測位装置の構成図である。 この発明における実施の形態５の測位演算部の構成図である。 この発明における実施の形態６の測位装置の構成図である。 この発明における実施の形態６の測位演算部の構成図である。 この発明における実施の形態６のクロックドリフト値の一例を示す図である。 従来の測位装置におけるクロック誤差ΔＳの温度依存性の一例を示す図である。 この発明における実施の形態７における測位システムの一例を示す図である。 従来の測位装置の測位結果の一例である。 従来の測位装置の測位結果の一例である。 従来の測位装置の測位結果の一例である。 従来の測位装置の測位結果の一例である。

符号の説明

１ ＧＰＳ衛星、１０ 測位信号、１００ 測位装置、２００ 測位信号受信部、２０５ 測位信号受信アンテナ、２２０ ＲＦフロントエンド処理部、２２１ ＸＯ、２３０Ａ／Ｄ変換部、２６０ ベースバンドチップ処理部、３００ 測位演算部、３０１ 制御部、３１０測位時刻ずれ量計算部、３２０ クロックリセット検出部、３３０ クロックリセット補償部、３４０ 時刻補正部、３５０ クロック誤差時間外挿部、３５５ 推定クロック誤差ΔＣ’、 ３６０ クロックドリフト計算部、３６５ クロック誤差、３７０ 衛星位置計算部、３８０ 擬似距離補正部、３８２ 擬似距離補正値受信、３９０ 測位計算部、３９２ 判定部、３９３ 距離換算クロック誤差、３９６ 補正後受信時刻、６０１ エポック判定部、６０５ 第１測位演算部、６０６ 第２測位演算部、７００ 実施の形態３における測位演算部、８００ 実施の形態４における測位演算部、９００ 実施の形態５における測位演算部、１０００ 実施の形態６における測位演算部。

Claims (6)

1. 測位衛星から測位信号を受信し、前記測位信号に基づき擬似距離を算出する信号受信部と、前記擬似距離を用いて測位演算する測位演算部とからなる測位装置であって、
   前記信号受信部は、内部クロックにＸＯ（Ｘｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を有し、測位衛星が使用する基準クロックに対し前記ＸＯのクロック誤差が一定値以上になるとクロックリセットを実行し前記クロック誤差の増大を防止するクロックリセット機能を備え、
   前記測位演算部は、前記クロックリセットが実行されたことを検出すると、前記クロックリセットの検出前後における前記擬似距離の差分を前記クロックリセット検出前の距離換算クロック誤差にオフセット補正して前記クロックリセット検出後の距離換算クロック誤差とし、当該オフセット補正後の距離換算クロック誤差を用いて測位演算することを特徴とする測位装置。
2. 前記測位演算部は、前記信号受信部が繰返し出力する前記測位信号のデータ受信時刻の差分が所定のしきい値以上となると、前記クロックリセットが実行されたと判断することを特徴とする請求項１記載の測位装置。
3. 測位衛星に搭載された基準時計に略同期した内部時計を備えた信号受信器が複数の測位衛星から各々受信した測位信号により取得した各々の前記測位衛星の擬似距離と航法メッセージと、前記信号受信器が前記測位信号を受信した時刻であり前記信号受信器が備える内部時計が出力するデータ受信時刻と、を含む測位情報を用いて前記信号受信器の位置を演算する測位演算器であって、
   前記測位情報から得られる測位衛星に係る衛星位置と、擬似距離と、前記信号受信器の位置と、前記内部時計のクロック誤差に起因する前記擬似距離の誤差量を表す距離換算クロック誤差を変数とする連立方程式により、前記内部時計のクロック誤差を算出し前記データ受信時刻を補正する時刻補正部と、
   前記時刻補正部が補正した補正後の前記データ受信時刻を用いて、前記衛星位置を再計算する衛星位置計算部と、
   前記衛星位置計算部が再計算した衛星位置と、前記疑似距離と、前記信号受信器の位置と、前記距離換算クロック誤差を変数とする連立方程式により、前記信号受信器の位置を算出する測位計算部と、
   前記クロック誤差が所定の値以上になると前記内部時計と前記基準時計との同期をとるために実行されるクロックリセットを検出するクロックリセット検出部と、
   前記クロックリセット検出部が前記クロックリセットを検出すると、前記クロックリセットの検出前後における擬似距離の差分からクロック誤差を算出し、前記クロック誤差を前記時刻補正部に出力するクロックリセット補償部と、
   を備えることを特徴とする測位演算器。
4. 測位衛星に搭載された基準時計に略同期した内部時計を備え、前記測位衛星から測位信号を受信して、前記測位衛星との距離を示す擬似距離と、航法メッセージと、前記測位信号を受信した時刻であって前記内部時計が出力するデータ受信時刻と、を含む測位情報を出力する信号受信部と、
   前記測位情報を用いて前記信号受信部の位置を演算する測位演算部と、
   からなる測位装置であって、
   前記測位演算部は、
   前記測位情報から得られる測位衛星に係る衛星位置と、擬似距離と、前記信号受信部の位置と、前記内部時計のクロック誤差に起因する前記擬似距離の誤差量を表す距離換算クロック誤差を変数とする連立方程式により、前記内部時計のクロック誤差を算出し前記データ受信時刻を補正する時刻補正部と、
   前記時刻補正部が補正した補正後の前記データ受信時刻を用いて、前記衛星位置を再計算する衛星位置計算部と、
   前記衛星位置計算部が再計算した衛星位置と、前記疑似距離と、前記信号受信部の位置と、前記距離換算クロック誤差を変数とする連立方程式により、前記信号受信部の位置を算出する測位計算部と、
   前記クロック誤差が所定の値以上になると前記内部時計と前記基準時計との同期をとるために実行されるクロックリセットを検出するクロックリセット検出部と、
   前記クロックリセット検出部が前記クロックリセットを検出すると、前記クロックリセットの検出前後における擬似距離の差分からクロック誤差を算出し、前記クロック誤差を前記時刻補正部に出力するクロックリセット補償部とを備える、
   ことを特徴とする測位装置。
5. 前記内部時計は、ＸＯ（Ｘｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）であることを特徴とする請求項４記載の測位装置。
6. 内部クロックにＸＯ（Ｘｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を有し測位衛星から測位信号を受信して前記測位信号に基づき擬似距離を算出する信号受信器が出力する前記擬似距離を用いて測位演算する測位演算方法であって、
   前記信号受信器が前記ＸＯのクロック誤差が一定値以上となり前記クロック誤差の増大を防止するために行うクロックリセットを実行したことを検出すると、前記クロックリセットの検出前後における前記擬似距離の差分を前記クロックリセット実行前の距離換算クロック誤差にオフセット補正して前記クロックリセット検出後の距離換算クロック誤差とし、当該オフセット補正後の距離換算クロック誤差を用いて測位演算することを特徴とする測位演算方法。

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