JPH10253734A - 測位装置 - Google Patents
測位装置Info
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- JPH10253734A JPH10253734A JP7466797A JP7466797A JPH10253734A JP H10253734 A JPH10253734 A JP H10253734A JP 7466797 A JP7466797 A JP 7466797A JP 7466797 A JP7466797 A JP 7466797A JP H10253734 A JPH10253734 A JP H10253734A
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Abstract
で整数アンビギュイティを決定し干渉測位を行う測位装
置では、GPS衛星からの信号のみで整数アンビギュイ
ティを決定しているので、移動中のの決定には特に時間
がかかる。この問題を解決する。 【解決手段】 移動局装置に、外部装置で観測される相
対速度等の情報を入力する手段と、入力した相対速度情
報を演算パラメータに追加して整数アンビギュイティの
決定を行う手段222とを備えた。
Description
号を利用して干渉測位(carrier phase DGPS)を行う測位
装置に関する。
DGPS測位装置の構成の概略を示す図であり、1はG
PS衛星群、11〜15は既知点Aに設置される既知局
装置で、11はGPSアンテナA、12はGPS受信機
A、13は制御表示器A、14は送信機A、15は送信
アンテナAである。同様に、21〜25は未知点Bの移
動局装置で、21はGPSアンテナB、22はGPS受
信機B、23は制御表示器B、24は受信機B、25は
受信アンテナBである。
ンテナA:11でGPS衛星群1からの信号を受信し、G
PS受信機A:12でキャリア・フェーズおよびコード擬
似距離と呼ばれる衛星・GPSアンテナA 間の二種類の
距離情報を検出し、この情報を当該既知点の位置情報と
共に、既知点情報として送信機A:14,送信アンテナA:
15を介して無線で移動局装置へ送信する。制御表示器
A:13ではGPS受信機A:12の信号処理状態を制御,
表示している。
移動局装置の受信アンテナB:25を介して受信機B:24
で受信され、GPS受信機B:22に出力される。また移
動局装置でも同様に、GPSアンテナB:21でGPS衛
星群1からの信号を受信し、GPS受信機B:22でキャ
リア・フェーズおよびコード擬似距離の二種類の距離情
報を検出し、既知局情報と組み合わせて、既知局装置の
GPSアンテナA:11から移動局装置のGPSアンテナ
B:21までの相対位置をセンチメートルの精度で算出,
出力し、あるいは既知点の位置情報等を用いてGPSア
ンテナB:21の位置情報を出力する。なお制御表示器B:
23ではGPS受信機B:22の信号処理状態を制御,表
示している。
るが、干渉測位法ではキャリア周波数の位相情報によ
り、既知局と移動局とで同じ衛星までの行路差を測定し
て相対位置情報を算出している。この行路差を求める場
合、最初に行路差がどの波長上(整数値)にあるかを決
定しなければならない。この整数波数不確定(ambiguit
y) をこの明細書では整数アンビギュイティと呼び、整
数値の決定を整数アンビギュイティの決定と称する。な
お、干渉位相法や整数アンビギュイティについては、例
えば、日本測量協会発行の「GPS−人工衛星による精
密測位システム」、「GPS測量の基礎」等に記載され
ている。
定を説明するための移動局装置のGPS受信機B:22を
示す図である。GPS受信部221は、上述のようにG
PSアンテナB:21からの信号を用い、キャリア・フェ
ーズおよびコード擬似距離と呼ばれる衛星・GPSアン
テナB:21間の二種類の距離を観測し、GPS情報とし
て整数アンビギュイティ決定部222へ出力する。整数
アンビギュイティ決定部222では、GPS受信部22
1の出力である測位点の情報と、受信機B:24から得た
既知局装置の情報とを組合せ、測位開始に当たり一回だ
け整数アンビギュイティを決定する。整数アンビギュイ
ティが決定すると、その整数アンビギュイティを用い、
GPS受信部221の出力である移動局装置のGPS情
報と、受信機B:24からの既知局情報とを組み合わせ
て、既知局装置のGPSアンテナA:11から移動局装置
のGPSアンテナB:21までの相対位置を、センチメー
トルの精度で計算する。
では、測位局装置で測位開始に当たり一回だけ整数アン
ビギュイティを決定しなければならない。そして移動局
が移動中であっても整数アンビギュイティの決定は可能
であり、現在研究が進められているが、その1つの方法
として、フローティング・アンビギュイティ法がある。
法による整数アンビギュイティの決定を、カナダ・ノバ
テル(NovAtel) 社の発表を基に説明する。なお同社発表
についての詳細は、例えば、米国航法学会航法部会1994
年度国際会議:ION GPS-94 論文集の T.Ford and J.Ne
uman; NovAtel's RT20A Real Time Floating Ambiguite
y Positioning System, ION GPS-94, pp1067-1076に記
載されている。またノバテル社の発表では、状態変数に
相対速度vX,vy,vzを採用していないが、カナダ・カル
ガリー(Calgary) 大学の発表では採用しているので、以
下の説明では、相対速度を状態変数に追加したもので説
明する。なお、カルガリー大学発表の詳細については、
例えば、米国航法学会衛星航法部会1995年度国際会議:
ION GPS-95 論文集のG.Lachapelle 他、DGPS Positio
ning Accuracy Performance Analysis with RTCM Messa
ge Types1/9 and 18-21 Using Various Receiver Techn
ologies, ION GPS-95, pp899-906 に記載されている。
BのGPSアンテナAからの相対位置に関し、離散時間
系で行列を用い、以下のような運動方程式(1)と観測
方程式(2)とで表す。そして観測値を得る度に状態変
数:x ,y ,z ,vx,vy,vZ,N1,N2,・・・,N n-1
を推定し、良く知られたカルマン・フィルタの手法を用
い、観測回数の増加と共に推定誤差を減少させ、運動方
程式でGPSアンテナBのGPSアンテアAからの相対
位置、相対速度および整数アンビギュイティを得る。な
おカルマン・フィルタについての詳細は、例えば、有本
卓「カルマン・フィルター」産業図書に記載されてい
る。
の近似誤差 t : 離散時間系でのサンプリング・タイム λ : GPSキャリア信号の波長 x ,y ,z : x,y,z座標系で表したGPSアンテ
ナBのGPSアンテナAからの相対位置 vx,vy,vZ: x,y,z座標系で表したGPSアンテ
ナBのGPSアンテナAからの相対速度 N1,N2,・・・,N n-1 :整数アンビギュイティ(x ,
y ,z , vx,vy,vZ, N1,N2,・・・,N n-1,を状
態変数と呼ぶ) l1,l2,・・・, ln-1: キャリア・フェーズの二重
差,すなわち二重位相差(キャリア・フェーズの二重
差:二重位相差については、例えば上述の日本測量協会
発行の文献に記載されているが、先ず既地点Aで観測し
た各衛星のキャリア・フェーズから、既地点A,未知点
Bに共通の衛星を適当に1つ決め、その衛星のキャリア
・フェーズを引いたものを計算する。これは(n−1)
個となる。次に同様の計算を未知点Bで観測された各衛
星について行う。さらに各衛星について、未知点で計算
されたものから、既地点で計算されたものを引くこと
で、l1,l2,・・・, ln-1が得られる。) r1,r2,・・・, rn-1: l1,l2,・・・, ln-1と同様
の二重位相差をキャリア・フェーズの代わりにコード疑
似距離を用いて計算したもの ν1,ν2,・・・, νn-1: キャリア・フェーズの観
測雑音により生じる誤差 ξ1,ξ2,・・・, ξn-1: コード疑似距離の観測雑
音により生じる誤差 aij : 衛星位置,GPSアンテナAの位置,GPSア
ンテナBの概略位置から計算できる係数、(なお衛星位
置はGPS衛星から放送される航法データを用いて計算
する。i=1,2,・・・,(n−1)、 j=1,
2,3)
ーティング・アンビギュイティ法は、整数アンビギュイ
ティを決定する必要があるにも関わらず、整数の条件を
用いていないので実際に得られるのは整数ではなく実
数、すなわち実数アンビギュイティとなる。従ってこの
実数から整数アンビギュイティを得るために、カルマン
・フィルタで実数アンビギュイティと共に得られる実数
アンビギュイティの推定誤差が、観測および演算が繰り
返されることによって1に比べ充分小さくなったとき、
実数アンビギュイティを1の単位で四捨五入して整数化
している。従って移動局が移動している場合、整数アン
ビギュイティの決定に数十分かかることも珍しくなく、
カーナビゲーション等に用いる場合、その操作性が問題
となる。
を短縮するために、通常使用されるL1波に加えてL2
波のキャリア周波数の2周波数を使用すれば、整数アン
ビギュイティの決定までの時間をそれだけ短縮できる
が、受信機に2周波受信機を用いなければならず、装置
構成が複雑化し高価になる等の問題点があった。
されたものであり、フローティング・アンビギュイティ
法を用いて整数アンビギュイティ決定までの時間を短縮
できる測位装置を提供することを目的としている。
置は、移動局装置に、外部装置で観測される既知点を基
準とする相対速度または(および)相対位置情報を入力
する手段と、前記相対速度または(および)相対位置情
報を演算パラメータに追加して、フローティング・アン
ビギュイティ法により整数アンビギュイティの決定を行
う演算手段とを備えたことを特徴とする。
ることで、外部装置で観測した相対速度または(およ
び)相対位置情報をフローティング・アンビギュイティ
法の観測方程式の観測値として追加でき、より多くの観
測値を用いて演算できるので整数アンビギュイティ決定
までの時間を短縮できる。
を特徴とする。本発明の測位装置をカーナビゲーション
装置として使用する場合、通常多くのカーナビゲーショ
ン装置が備えている自立航法装置をそのまま使用できる
ようになる。
れるGPS受信機は、L1周波数のみを受信する受信機
であることを特徴とする。L1周波数のみを受信する安
価な装置で、整数アンビギュイティ決定までの時間を短
縮できる測位装置が得られる。
用されるGPS受信機は、L1およびL2周波数を受信
する2周波受信機であることを特徴とする。2周波受信
機を使用する構成とすれば、整数アンビギュイティ決定
までの時間がさらに短縮できるようになる。
用いて説明する。図1は、本発明を説明するための移動
局装置のGPS受信機B:22の構成を示す図であり、従
来の装置の図4に対応する図である。図1に示すように
整数アンビギュイティ決定部222には、GPSアンテ
ナBからの信号が入力されると共に、外部装置からのG
PSアンテナAを基準とした相対速度情報または(およ
び)相対位置情報が入力され、後述する観測方程式
(3)では、これらの観測値が追加されて上述のフロー
ティング・アンビギュイティ法が実行される。
対位置情報を、自立航法センサで入力する構成とした本
発明の測位装置の一実施形態を示す図であり、従来の装
置の図3に対応する図で、未知点B側は移動局装置とな
り、26は自立航法センサを示す。例えば本発明の測位
装置をカーナビゲーション装置に使用する場合、既存の
カーナビゲーション装置の多くは、角速度センサや加速
度センサ等の自立航法センサが既設されているので、こ
の自立航法センサで得られる相対速度情報または相対位
置情報を利用できるため、特別な装置を付加する必要は
ない。なお、自立航法センサから相対位置情報を得る場
合、加速度ベクトルを2回積分して位置ベクトルに変換
する演算が行われる。以下、本実施形態における観測方
程式(3)を示す。
で表したGPSアンテナBのGPSアンテナAを基準と
した相対速度観測値 δX,δy,δz :相対速度 uX ,uy,uz の観測誤差
(2)に相対速度観測値uX ,uy,uz が付加された
だけの形となり、従来と同様にフローティング・アンビ
ギュイティ法で、カルマン・フィルタの手法を用い整数
アンビギュイティを決定でき、しかも上述の相対速度
uX,uy,uzが演算パラメータとして追加されることで、
整数アンビギュイティ決定までの時間を大幅に短縮でき
る。
装置に外部装置からの相対速度等の情報を入力する手段
を備えることで、観測方程式の観測値を追加して整数ア
ンビギュイティ決定までの時間の短縮が図れる。
航法センサから1組みの相対速度uX,uy,uzを観測値と
して演算パラメータに追加する例を示したが、複数の自
立航法センサから複数組みの相対速度を得る構成として
も良く、また相対速度に加え相対位置情報も入力する構
成としても、同様にこれらを観測方程式に観測値として
追加でき、これらのパラメータは多数かつ高精度である
ほど整数アンビギュイティ決定までの時間を短縮でき、
数十秒程度の時間で行える可能性を有する。また上記実
施形態に使用するGPS受信機A,Bは、1575.42MHzの
L1周波数のみを受信する1周波受信機で説明している
が、L1周波数と1227.60MHzのL2周波数の両方を受信
する2周波受信機を用いれば、より短時間で整数アンビ
ギュイティの決定が可能となる。
局側に外部装置からの相対速度情報または(および)相
対位置情報を入力する手段を備え、これらの情報を観測
方程式に観測値として追加する構成としたので、整数ア
ンビギュイティ決定までの時間を短縮でき、操作性の向
上が図れる。またカーナビゲーション装置等に使用する
場合、多くの装置で既設の自立航法センサから相対速度
情報や相対位置情報を入力することができるので、特別
な装置を付加する必要なく演算ソフトウェアの変更だけ
で構成できる等の効果がある。
信機B:22を示す図である。
図である。
説明するためのGPS受信機B:22を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 既知点に設置され、GPS衛星群からの
キャリア・フェーズとコード擬似距離とを受信し、これ
らの情報に既知点の位置情報等を付加して既知局情報と
して移動局へ送信する既知局装置と、 前記GPS衛星群からのキャリア・フェーズとコード擬
似距離とを受信し、前記既知局情報と組み合わせて、い
わゆるフローティング・アンビギュイティ法により整数
アンビギュイティを決定する移動局装置とで構成され、 干渉測位法により当該移動局の現在位置を測位情報とし
て出力する測位装置において、 前記移動局装置に、 外部装置で観測される前記既知点を基準とする相対速度
または(および)相対位置情報を入力する手段と、 前記相対速度または(および)相対位置情報を演算パラ
メータに追加して、前記フローティング・アンビギュイ
ティ法により整数アンビギュイティの決定を行う演算手
段とを備えたことを特徴とする測位装置。 - 【請求項2】 前記外部装置は自立航法センサであるこ
とを特徴とする請求項第1項記載の測位装置。 - 【請求項3】 前記既知局装置および移動局装置に使用
されるGPS受信機は、L1周波数のみを受信する受信
機であることを特徴とする請求項第1項または第2項記
載の測位装置。 - 【請求項4】 前記既知局装置および移動局装置に使用
されるGPS受信機は、L1およびL2周波数を受信す
る2周波受信機であることを特徴とする請求項第1項ま
たは第2項記載の測位装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7466797A JPH10253734A (ja) | 1997-03-12 | 1997-03-12 | 測位装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7466797A JPH10253734A (ja) | 1997-03-12 | 1997-03-12 | 測位装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10253734A true JPH10253734A (ja) | 1998-09-25 |
Family
ID=13553824
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7466797A Pending JPH10253734A (ja) | 1997-03-12 | 1997-03-12 | 測位装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH10253734A (ja) |
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- 1997-03-12 JP JP7466797A patent/JPH10253734A/ja active Pending
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