JPWO2015198501A1 - 測位装置及び測位方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
GPS(Global Positioning System)等の衛星測位システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)からのGNSS信号のコード情報を使用して位置を測位装置のみで単独で測定する単独測位方式では、GNSS信号に含まれる誤差により、メートルオーダーの測位精度になる。
コード情報を用いた単独測位方式に対して、搬送波位相情報を含む補正データを用いた測位方式では、センチメートルオーダーの高精度測位が実現される。
特に、既に位置が正確に分かっている複数の電子基準点(日本国内で60km間隔で分布(図7))でGNSS信号を受信し、電子基準点の既知の位置から逆にGNSS信号に含まれる誤差量を推定し、補正データとしてユーザに配信し、ユーザ側の測位装置で得られたGNSS信号と合わせて、センチメータ級の測位を行う方式をネットワーク型RTK(Realtime Kinematic)方式と呼ぶ。
例えば、特許文献1では、準天頂衛星から、ネイションワイドな広域な地域に有効な補正データを配信して、センチメートルオーダーの高精度測位が実現する方式が開示されている。
このため、測位装置は、測位誤差の補正にあたり、350ヶ所の電子基準点の中から測位装置の近傍に配置されている電子基準点を選択する必要がある。
ここで、電子基準点の選択方式として、例えば、測位装置から距離が近い順に4つの電子基準点を選択する方式が考えられる。
しかしながら、このように単純に測位装置からの距離で電子基準点を選択する方式では、以下に示すような問題が生じる。
図22において、各+が、電子基準点の所在位置を示す。
電子基準点は仮想的な存在であり、前述のように、原則として60km間隔で格子状に配置される。
しかしながら、海岸線付近や山岳部といった環境では、海岸線の地形、山の地形等に応じて、電子基準点は、60kmよりも短い間隔で配置されることがある。
図22の例では、電子基準点811と電子基準点812との間は40km間隔となっており、また、電子基準点813と電子基準点814との間も40km間隔となっている。
図23において、符号850は測位装置の所在位置を示す。
図22に示す電子基準点の配置において、測位装置850からの距離が近い順に4つの電子基準点を選択すると、電子基準点811、812、814、815が選択される。
図23の電子基準点の選択例だと、電子基準点815と電子基準点814との間の縦方向(例えば緯度方向)の距離が120kmにも及び、横方向に比べて縦方向の距離が非常に長く、縦方向の測位精度が低くなる可能性がある。
電子基準点816は、電子基準点814よりも測位装置850から遠く、測位装置850からの距離が近い順に4つの電子基準点を選択する方式では、電子基準点816は選択されない。
しかしながら、図24に示すように、電子基準点816、815、811、812で形成される四角形は、図23の四角形に比べると正方形に近く、高精度測位を実現するためには、電子基準点816が選択されることが望ましい。
移動体に搭載される測位装置であって、
格子状に配置された5つ以上の電子基準点の所在位置が示される電子基準点位置情報を記憶する電子基準点位置情報記憶部と、
前記測位装置の現在位置を測位する測位部と、
前記5つ以上の電子基準点から抽出される4つの電子基準点の複数の組合せの中から、前記測位部により測位された前記測位装置の現在位置と、前記電子基準点位置情報に示される各電子基準点の所在位置とに基づき、4つの電子基準点により形成される四角形の領域内に前記測位装置の現在位置が含まれ、前記四角形の領域の形状が正方形に近似している組合せを選択する電子基準点選択部とを有することを特徴とする。
1.システム構成
図1は、本実施の形態に係る測位システムの構成例を示す図である。
以下では、補強情報の配信に準天頂衛星を用いた場合の例を示す。
準天頂衛星の代わりに通信衛星や放送衛星等の静止衛星を用いてもよく、また、補強情報を広域に均一に放送できる機能を持つ衛星であれば他の衛星でもよい。
また、以下では、測位衛星としてGPS衛星を使用した例を示す。
GPS衛星の代わりに、GLONASS、Galileo、BeiDou等のGNSS、IRNSS(Indian Regional Navigational Satellite System)、準天頂衛星等のRNSS(Regional Navigation Satellite System)を用いてもよい。
測位装置100は、GNSS(GPS)衛星300から送信される観測データ501と放送暦502を受信する。
放送暦502は、エフェメリスともいう。
また、測位装置100は、準天頂衛星200(QZSとも表記する)から送信される補強情報400を受信する。
本実施の形態及び以降の実施の形態では、主に測位装置100の動作を説明する。
測位装置100は、測位のためにGPS衛星300を4機以上捕捉する必要がある。
ここでは、本実施の形態及び以降の実施の形態で説明する測位装置100の動作の概要を説明する。
測位装置100は、図2に示すように、GPS信号として、観測データ501と放送暦502を受信し、QZS信号として、補強情報400を受信する。
そして、測位装置100は補強情報400と観測データ501及び放送暦502を用いて測位点の位置(測位装置100の位置)を算出する。
観測データ501、放送暦502、補強情報400、位置の詳細は図3に示す通りである。
観測データ501からは、測位点とGPS衛星300との間の疑似距離と、搬送波位相を導出することができる。
疑似距離と搬送波位相の詳細は、図4に示す通りである。
観測データ501から導出される疑似距離及び搬送波位相には、それぞれ誤差が含まれる。
測位装置100は、補強情報400を用いて、疑似距離及び搬送波位相に含まれる誤差を除去する。
なお、以降では、GPS衛星iのL1波疑似距離をP(i,1)と表記し、GPS衛星iのL2波疑似距離をP(i,2)と表記する。
また、GPS衛星iのL1波搬送波位相をΦ(i,1)と表記し、GPS衛星iのL2波搬送波位相をΦ(i,2)と表記する。
観測データ501に含まれるバイアス誤差及び雑音要因を図5に示す。
GPS衛星300に起因する誤差として軌道誤差、衛星時計誤差、周波数間バイアスがあり、信号の伝搬経路に起因する誤差として電離層伝搬遅延誤差(電離層遅延誤差又は電離層遅延量ともいう)及び対流圏伝搬遅延誤差(対流圏遅延誤差又は対流圏遅延量ともいう)がある。
さらに、測位装置100の受信機に起因する誤差として、受信機時計誤差、受信機雑音、さらに建物に反射したGPS信号とGPS衛星300から直接受信したGPS信号が干渉して生じるマルチパスがある。
これらの誤差のうち、受信機に起因する誤差は、ユーザが使用する測位装置100の受信機の性能、また、受信環境によって異なるため補正データ及び補強情報には含まれず、測位装置100の処理において受信機に起因する誤差が取り除かれる。
GPS衛星300に起因する誤差、信号伝搬経路に起因する誤差は圧縮されて補強情報として準天頂衛星200から配信される。
図5に示す誤差以外に、測位点位置によって異なる地球潮汐効果(Earth Tide効果)による誤差、Phase Wind Up効果による誤差は補正データには含まれるが、補強情報には含まれない。
以上を考慮した補強情報の内訳を図6に示す。
より具体的には、高レートの誤差は5秒ごとに更新され、低レートの誤差は30秒ごとに更新される。
また、従来の補正データは約10〜30km間隔に設定した基準点ごとに生成され、配信されているが、本実施の形態に係る補強情報は信号経路に起因する(空間変動の有る)電離層遅延誤差と対流圏遅延誤差について60km四方のグリッド点(図7)ごとのみ配信するようにして空間圧縮した。
さらに、本実施の形態では、補強情報に含まれる誤差を周波数に依存する誤差(周波数依存誤差)と周波数に依存しない誤差(周波数非依存誤差)に分類している。
周波数非依存誤差は高レートの誤差に分類され、周波数依存誤差は低レートの誤差に分類される。
周波数非依存誤差のうち、衛星時計誤差のみ5秒ごとに更新され、配信される。
周波数非依存誤差の他の誤差、すなわち、衛星軌道誤差、周波数間バイアス、対流圏遅延誤差は30秒ごとに更新され、配信される。
しかしながら、衛星軌道誤差、周波数間バイアス、対流圏遅延誤差については、5秒ごとに、30秒ごとの誤差からの変化量が補正値として衛星時計誤差(5秒更新、配信)に付加される。
つまり、衛星軌道誤差、周波数間バイアス、対流圏遅延誤差については、30秒の間に、30秒/5秒−1=5個の補正値が5秒ごとの衛星時計誤差に付加される。
このため、測位装置100は、30秒ごとに衛星軌道誤差、周波数間バイアス、対流圏遅延誤差の更新値を受信するとともに、5秒ごとに衛星軌道誤差、周波数間バイアス、対流圏遅延誤差の補正値を受信することができる。
そして、測位装置100は、30秒ごとの更新値に5秒ごとの補正値を加算することで、5秒ごとに、衛星軌道誤差、周波数間バイアス、対流圏遅延誤差の補正を行うことができる。
衛星時計誤差に付加される衛星軌道誤差、周波数間バイアス、対流圏遅延誤差の5秒ごとの補正値をコンシステンシーともいう。
このように、本実施の形態では、5秒ごとにコンシステンシーを配信することで、補強情報のデータ量を圧縮している。
なお、周波数間バイアスは、L1信号を基準とし、各信号の衛星搭載ペイロード内の遅延量を表したものであり、周波数間バイアス(L1バイアス)は、‘0’、であり、周波数間バイアス(L2バイアス)は、L1搬送波信号に対するL2搬送波信号の遅延量‘L2−L1’を表す。
また、周波数間バイアス(L0バイアス)は、周波数間バイアスの周波数非依存項を示し、図6の式1に示されるように、周波数間バイアス(L1バイアス)と周波数間バイアス(L2バイアス)から算出される。
周波数間バイアスはL1信号を基準としたが他の信号を基準にしても問題はなく、信号もL5を含めても同じ効果を期待できる。
図8は、本実施の形態に係る測位装置100の構成例を示す。
受信機1002では、GPS信号処理部1003が、アンテナ1001を介して、GPS衛星300からGPS信号(観測データ501及び放送暦502)を受信する。
また、QZS信号処理部1004が、アンテナ1001を介して準天頂衛星200からのQZS信号(補強情報400)を受信する。
補強情報400は、センチメータ級の補強情報である。
概略位置及び衛星位置計算部101の算出結果を、以下では、概略位置と衛星位置という。
概略位置は、単独測位によって算出されたメートルオーダーの精度の測位点位置である。
衛星位置は、測位装置100が観測データを受信した各GPS衛星300の位置である。
概略位置及び衛星位置をまとめて単独測位結果ともいう。
なお、概略位置及び衛星位置計算部101は、測位部の例に相当する。
補正データには、測位点で各GPS衛星300から受信した観測データ501に含まれると予想される誤差が示される。
二重差データには、従衛星の観測データ(補正データを使って補正済みの観測データ)から主衛星の観測データ(補正データを使って補正済みの観測データ)を差し引いた量が示される。
図9は、補正データ作成部102の構成例を示す。
補正データ作成部102は、図9に示すように、補強情報400及び概略位置及び衛星位置計算部101による単独測位結果1010を取得し、補正データ1028を生成し、補正データ1028を出力する。
補正データ1028には、搬送波位相補正量および疑似距離補正量が含まれる。
なお、図6に示したように、補強情報400に含まれる誤差のうち、衛星時計誤差は5秒ごとに更新されて衛星時計誤差演算部1022に入力される(HUP周期)。
衛星軌道誤差及び対流圏遅延誤差は、30秒ごとに更新されるが、コンシステンシーによって5秒ごとに更新値が衛星軌道誤差演算部1023及び対流圏情報演算部1025に入力される(LUP周期)。
また、電離層遅延誤差は、30秒ごとに更新されて電離層情報演算部1024に入力される(LUP周期)。
本実施の形態では、配信グリッド選択部1021の動作に主な特徴があるため、以下では、主に配信グリッド選択部1021の動作を説明する。
電離層情報演算部1024及び電離層情報追加処理部1027の動作の説明は、実施の形態2で行い、対流圏情報演算部1025の動作の説明は、実施の形態3で行う。
なお、電離層情報演算部1024及び電離層情報追加処理部1027は、遅延誤差演算部の例に相当する。
また、衛星時計誤差演算部1022、衛星軌道誤差演算部1023、衛星信号バイアス処理部1026の動作の説明は、実施の形態5で行う。
配信グリッド選択部1021は、5つ以上の電子基準点から4つの電子基準点を選択する。
配信グリッド選択部1021は、4つの電子基準点により形成される四角形の領域内に測位装置100の現在位置が含まれ、四角形の領域の形状が正方形に近似するように4つの電子基準点を選択する。
配信グリッド選択部1021は、日本全国に配置された350ヶ所の電子基準点の全ての配置位置が示される電子基準点情報を記憶している。
そして、配信グリッド選択部1021は、電子基準点情報に示される各電子基準点の配置位置と、単独測位結果1010に含まれる測位装置100の概略位置とに基づき、4つの電子基準点により形成される四角形の領域内に測位装置100の現在位置が含まれ、四角形の領域の形状が正方形に最も近似する4つの電子基準点を選択する。
配信グリッド選択部1021は、電子基準点位置情報記憶部及び電子基準点選択部の例に相当する。
図10では、9つの電子基準点の中から配信グリッド選択部1021が4つの電子基準点を選択する例を示している。
図10において、符号100は、測位装置100の現在位置を示す。
+は、それぞれ電子基準点の配置位置を示す。
□で囲まれた+は、後述するドロネー三角形を形成する3つの電子基準点である(符号701、702、703)。
○で囲まれた+は、9つの電子基準点のうち、ドロネー三角形を形成する3つの電子基準点以外の6つの電子基準点である(符号801〜806)。
これら6つの電子基準点は、選択候補電子基準点に相当する。
配信グリッド選択部1021は、これら6つの選択候補電子基準点の中から1つの電子基準点を選択し、ドロネー三角形に含まれる3つの電子基準点と合わせて4つの電子基準点を選択する。
1)配信グリッド選択部1021は、測位装置100に近接するN個(N≧5)の電子基準点を選択する。
配信グリッド選択部1021は、例えば、すべての電子基準点の中から、測位装置100からの距離の近い順に9点を選択する。
2)次に、配信グリッド選択部1021は、上記の1)で選択したN個の電子基準点から、内部に測位装置100の現在位置が含まれるドロネー三角形を形成する3個の電子基準点を選択する。
3)次に、配信グリッド選択部1021は、残りのN−3個の電子基準点の中から、以下で説明するロジックにて最後の1個の電子基準点を選択する。
なお、図11では、N=9としている。
次に、配信グリッド選択部1021は、S101で選択した9個のグリッド点からローバを囲むドロネー三角形を構築する(9点から3点が選択される)(S102)。
ここで、配信グリッド選択部1021は、残りの6点全てを選択候補電子基準点とし、以下の(a)及び(b)の計算を行って、6つの選択候補電子基準点の中から最後の1つの電子基準点を選択する(S103)。
(a)S102で選択した3点+候補点1点の計4点の組み合わせを考え、4点の組み合わせにおける全ての2点の組み合わせについて2点間の距離を計算し、その最大値を求める。
(b)全候補点のうち、(a)で計算した、S102で選択した3点と組み合わせたときの2点間の距離の最大値、が最小となる候補点を最後の1点とする。
次に、配信グリッド選択部1021は、単独測位結果1010から、ローバ(測位装置100)の現在の概略位置を取得し、ローバの概略位置に基づいて全グリッド点の中からローバに近接するN点を選択する(S202)。
図10の例では、配信グリッド選択部1021は、グリッド点701〜703、801〜806を選択する。
図10の例では、配信グリッド選択部1021は、グリッド点701〜703を選択し、グリッド点801〜806を選択候補にする。
図10の例では、例えば、グリッド点805が選択される。
最後に、配信グリッド選択部1021は、選択した4点(図10の例では、グリッド点701〜703と805)を、電離層情報演算部1024と対流圏情報演算部1025に出力する(S205)。
また、配信グリッド選択部1021は、選択した3点のうちの1つと、残りのN点(選択候補)のうちの1つとの間の2点間距離を選択した点ごとに計算する(図14のS302、S304)。
図10の例では、S301及びS303において、配信グリッド選択部1021は、グリッド点701−グリッド点702間の距離を計算し、グリッド点702−グリッド点703間の距離を計算し、グリッド点701−グリッド点703間の距離を計算する。
また、S302及びS304において、配信グリッド選択部1021は、例えば、グリッド点701−グリッド点801間の距離を計算し、グリッド点701−グリッド点802間の距離を計算し、同様にして、グリッド点701とグリッド点803、804、805、806との間の距離をそれぞれ計算する。
配信グリッド選択部1021は、グリッド点702、グリッド点703についても同様に、グリッド点801〜806のそれぞれとの距離を計算する。
次に、配信グリッド選択部1021は、2点間距離の最大値MAX(i)を計算し、更に、MAX(i)が最小となる点iを選択する(図14のS305)。
図10の例では、配信グリッド選択部1021は、グリッド801〜806のそれぞれについて、最大の2点間距離MAX(i)を抽出する。
例えば、グリッド点801であれば、配信グリッド選択部1021は、グリッド点701−グリッド点702間の距離、グリッド点702−グリッド点703間の距離、グリッド点701−グリッド点703間の距離、グリッド点701−グリッド点801間の距離、グリッド点702−グリッド点801間の距離、グリッド点703−グリッド点801間の距離の6つの中から最大の距離を選択する。
図10のグリッド点の配置では、グリッド点703−グリッド点801間の距離が、MAX(801)として選択される。
同様にして、MAX(802)−MAX(806)が選択される。
そして、配信グリッド選択部1021は、MAX(801)−MAX(806)の中から、最小の値をとるグリッド点を最後の1点として選択する。
図10の例では、MAX(805)(グリッド点702−グリッド点805間の距離)が最小であるため、グリッド点805が最後の1点として選択される。
しかしながら、ローバ概略位置を囲むN点として、N=5点、8点、9点、12点、16点等を選択してもよい。
ローバ概略位置を囲むN点のグリッド点の選択は、例えば次のように行う。
配信グリッド選択部1021は、図15に示すように、ローバ概略位置(x、y)からxの正方向に距離d(dはグリッド点の間隔)をとり、xの負方向に距離2dをとり、yの正方向に距離dをとり、yの負方向に距離2dをとり、四角形(図15の点線)を作る。
そして、配信グリッド選択部1021は、この四角形の内側に存在する、ローバ概略位置(x、y)近くの9点を選択する。
図15において、ハッチングが施されている9点が選択されたグリッド点である。
ここでは、正方向に距離dをとり、負方向に距離2dをとる例を説明したが、逆に、正方向に距離2dをとり、負方向に距離dをとるようにしてもよい。
また、図16に示す方法で9つのグリッド点を選択してもよい。
図16の方法では、配信グリッド選択部1021は、ローバ概略位置(x、y)を中心とする半径dの円の内側で、ローバ概略位置(x、y)に最も近い点を選択する。
図16の例では、配信グリッド選択部1021は、グリッド点150を選択する。
そして、配信グリッド選択部1021は、このグリッド点150と、このグリッド点150の周囲の8点の合計9点を選択する。
図16において、ハッチングが施されている9点が選択されたグリッド点である。
求めたローバの速度が所定の閾値以上、即ち当該閾値よりも早い場合、配信グリッド選択部1021は、ローバ概略位置を中心として、この移動方向に半径2dの円を描き、当該円の内側にあるグリッド点150を選択する。選択したM個のグリッド点150が所定の数W(例えば9点)に至らない場合は、配信グリッド選択部1021は、更にW−M個のグリッド点150をW個のグリッド点の周辺から適当に選択するようにしても良い。
一方、求めたローバの速度が所定の閾値未満で遅かった場合、配信グリッド選択部1021は、xの負方向に距離2dをとり、yの正方向に距離dを取る、上記「(1)N=9点の場合」で説明したグリッド点150の選択方法に切換えるようにしても良い。
このように、速度や移動方向のグリッド点150における補正情報を優先して利用することで、ローバが移動していても、ローバにより近いグリッド点150の補正情報を使用することができる。
配信グリッド選択部1021は、図17に示すように、ローバ概略位置(x、y)を中心とする半径2dの円(図17の点線)を作る。
そして、配信グリッド選択部1021は、この円の内側に存在する、ローバ概略位置(x、y)近くの12点を選択する。
図17において、ハッチングが施されている12点が選択されたグリッド点である。
配信グリッド選択部1021は、図18に示すように、ローバ概略位置(x、y)を中心とする半径2dの円(図18の点線)を作る。
そして、配信グリッド選択部1021は、この円の内側に存在する、ローバ概略位置(x、y)近くの8点を選択する。
図18において、ハッチングが施されている8点が選択されたグリッド点である。
配信グリッド選択部1021は、図19に示すように、ローバ概略位置(x、y)を中心とする4dの四角形(図19の点線)を作る。
そして、配信グリッド選択部1021は、この四角形の内側に存在する、ローバ概略位置(x、y)近くの16点を選択する。
図19において、ハッチングが施されている16点が選択されたグリッド点である。
配信グリッド選択部1021は、図20に示すように、ローバ概略位置(x、y)を中心とする半径dの円の内側で、ローバ概略位置(x、y)に最も近い点を選択する。
図20の例では、配信グリッド選択部1021は、グリッド点150を選択する。
そして、配信グリッド選択部1021は、このグリッド点150と、このグリッド点150の周囲の4点の合計5点を選択する。
図20において、ハッチングが施されている5点が選択されたグリッド点である。
海岸線の地形、山の地形等に応じて、ローバが存在し得る可能性の高い位置にグリッド点を配置するので(例えば海岸線であれば、海側よりも陸地側にグリッドを寄せる)、隣接する4つのグリッド点で構成される四角形は、正方形よりも平行四辺形、台形等の形状にわずかに歪み(ゆがみ)を生じる。
また、ローバは移動体であるので、自己位置が時間経過とともに移動する。
このためローバに近接するN個のグリッドで囲まれる領域が、時間とともに変化するので、Nとして5点よりも大きな点数を選択することが望ましい。
このため、隣接4点のグリッド点で構成する四角形に歪みが含まれていることを考慮して、4点よりも多く、かつグリッドの数が少なくなるようにNの値を選ぶことが望ましい。
Nの値が大きくなると演算回数が増えるので、演算時間や演算負荷の点からは12点、16点よりも8点、9点の方が望ましい。
また、8点よりも9点の方がNの選び方が簡素なので、演算時間や演算負荷の点からは8点よりも9点の方が望ましい。
本実施の形態では、選択される4点のうちの2点間の距離が小さくなるような候補点が最後の1点のグリッド点として選択されている。
これにより、ローバ(測位装置)を囲む、正方形からの歪み(ゆがみ)の少ない4点からなる四角形を選択することができる。
このように、本実施の形態では、ローバを囲む四角形が正方形からの歪みが少ない(四角形が正方形に近似する)ため、4点の各点における測位の誤差のばらつきも少なく、選択した各点を用いての測位修正も精度よく行える。
例えば、基準となる一辺の長さAと、その他の辺の長さBとの比を取り、その比の平均値が1に近づく程(菱型に近づく程)、辺の長さが均等とする。
また、4つの角度をそれぞれ90°で割り、その比の平均値が1に近づく程(長方形に近づく程)、角の大きさが均等とする。
なお、四角形を表現する何等かの適当な形状関数を設定し、正方形からの歪みが小さくなるような何等かの評価を行うことで、歪み度合を規定してもよい。
(1)ドロネー三角形を形成する3点における、全ての2点の組み合わせの2点間の距離の計算、つまり、3C2=6回と(この計算は1度でよい)
(2)各候補点と、ドロネー三角形3点との2点間の距離の計算、つまり、(候補点)×3(点)=18回との計24回で求めることができる。
実施の形態1では、ローバの測定位置を精度よく計算するための近接するグリッド4点の選択方法について説明したが、実施の形態2では、選択した4点のグリッド点における測定結果を用いて電離層遅延を計算する方法を説明する。
電離層情報演算部1024は、配信グリッド選択部1021により選択された4点のグリッド点の電離層遅延(補強情報400に含まれる電離層情報)を用いて、測位装置100の現在位置における電離層遅延を算出する。
以下、電離層情報演算部1024の動作例を説明する。
電離層情報演算部1024は、以下のステップ1〜3にて、電離層遅延を算出する。
また、latorg、lonorgは網内の原点座標値(緯度・経度)である。
原点座標値(緯度・経度)は、衛星の可視/不可視にかかわらずグリッドIDの最も小さい配信グリッドの座標値を使用する。
ステップ2で求めた4点についての電離層遅延IONPRN k(k=1−4)を用いて、電離層情報演算部1024は、ユーザ位置(ローバ、測定装置の位置)の電離層遅延を求める。
まず、配信グリッド選択部1021が、ローバの単独測位結果latuser、lonuserを用い、近接しかつlatuser、lonuserを囲む4点の配信グリッドを、図11、図12に基づくグリッド選択法により、k=1−9の9点の配信グリッドから選択する。
この選択が可能である場合のみ(選択した4点のグリッド点全てにおいて、可視となる衛星を用いる)、電離層情報演算部1024は、以下の計算を行う。
電離層情報演算部1024は、選択したグリッド点(lat1,lon1)...(lat4,lon4)について、次式に示す空間補間により、各衛星についてユーザ位置latuser、lonuserにおけるスラント方向の電離層遅延量IONPRN userを計算する。
計算は、周期Tu[Hz]で行い、計算結果を「RTCM 10402.3」で規定される搬送波位相補正量および疑似距離補正量演算のための入力値とする。
測位装置100の位置の変化により、空間補間に用いられる配信グリッドも変化し得る。
準天頂衛星200から送信されるセンチメータ級の補強情報400は、周波数依存項(電離層情報+衛星信号バイアス)に関して、更新周期中の時間変化量の補償を行っていない。
そこで、電離層情報追加処理部1027が電離層情報に対して追加処理を行い、周波数依存項の時間変化量補償量の算出を行うことができる。
線形外挿は、電離層情報演算部1024から出力された電離層遅延IONおよび送信される衛星信号バイアスの最新値と1つ前の値を用いて、更新周期中の値を更新していくという機能である。
なお、送信されるL6メッセージ受信開始後最大60秒間は線形外挿に用いる2つのデータがないため、初回更新時刻での補強情報400そのものが用いられることとする。
線形外挿する周波数依存項は、L1、L2について次のものである。
実施の形態2では、選択した4点のグリッド点における測定結果を用いて電離層遅延を計算する方法を説明したが、この実施の形態3では、4点のグリッド点の測定結果を用いて対流圏遅延を計算する方法を説明する。
対流圏情報演算部1025は、配信グリッド選択部1021により選択された4点のグリッド点の対流圏遅延(補強情報400に含まれる対流圏情報)を用いて、測位装置100の現在位置における対流圏遅延を算出する。
以下、対流圏情報演算部1025の動作例を説明する。
対流圏情報演算部1025は、以下のステップ1〜3にて、対流圏遅延を算出する。
また、配信グリッド選択部1021は、ユーザの単独測位結果のlatuser、lonuserを用い、近接しかつlatuser、lonuserを囲む4点のグリッド点を選択する。
グリッド点の選択方法は図11、12で説明した通りである。
これも衛星の可視/不可視の条件は考慮しない。
選択した配信グリッドのスケールファクタδTvd k、δTvw kを電離層遅延量演算と同様に空間補間し、ユーザ位置におけるスケールファクタδTvd user、δTvw usrを求める。
続いて対流圏情報演算部1025は、各衛星について衛星の仰角、およびDay Of the Yearを用い、乾燥大気および水蒸気のマッピング関数を計算する。
以上を用いて、対流圏情報演算部1025は、ユーザの単独測位結果の位置におけるスラント方向の対流圏遅延量TROPPRN userを次式で計算する。
計算は周期Tu[Hz]で行い、「RTCM 10402.3」で規定される搬送波位相補正量および疑似距離補正量演算のための入力値とする。
なお、グリッド点におけるスケールファクタの値δTdv k、δTdw kは、次の更新時刻までは一定値を使用するが、TROPPRN userの値は測位装置100の位置の変化および、マッピング関数の変化により時間変化する。
また、測位装置100の位置の変化により、空間補間のために選択されるグリッド点も変化する。
対流圏モデルとしては、たとえば、RTCAのMOPSモデル、標準的な大気モデル、および垂直方向遅延量を求めるSaastamoinenモデルを用いる。
マッピング関数は、Niell Mapping Functionを用いる。
対流圏モデルとマッピング関数は単独測位結果を元に計算される。
なお、単独測位結果を得られなかった場合は、前回値が用いられる。
実施の形態2および3では、選択した4点のグリッド点ごとの電離層情報または対流圏情報を用いて、測位装置100における測位の誤差補正を行った。
実施の形態4では、配信グリッドの電離層情報または対流圏情報の選択方法について説明する。
測位装置100は、各グリッド点における補強情報400(電離層情報、対流圏情報等)の許容範囲(最大値、最小値)を予め保持している。
より具体的には、電離層情報演算部1024が電離層情報の最大値及び最小値を記憶し、対流圏情報演算部1025が対流圏情報の最大値及び最小値を記憶している。
本実施の形態では、電離層情報演算部1024及び対流圏情報演算部1025は、許容範囲記憶部の例に相当する。
受信した補強情報400が許容範囲に入らない場合には、測位装置100は、受信した補強情報400に近い許容範囲の境界値を、誤差補正に使用する補強情報400とする。
具体的には、あるグリッド点について受信した補強情報の値が最大値より大きい場合には、当該グリッド点では受信した補強情報400に代えて予め保持している最大値を用いた測位情報の誤差の補正が行われる。
また、あるグリッド点について受信した補強情報の値が最小値よりも小さい場合には、当該グリッド点では受信した補強情報400に代えて予め保持している最小値を用いた測位情報の誤差の補正が行われる。
これらの動作は、電離層情報演算部1024及び対流圏情報演算部1025により行われる。
次に、衛星時計誤差演算部1022、衛星軌道誤差演算部1023、衛星信号バイアス処理部1026を説明する。
衛星時計誤差演算部1022は、次に衛星時計誤差が更新されるまで、周期Tu[Hz]ごとに、衛星時計補正量CLKを算出する。
より具体的には、衛星時計誤差演算部1022は、衛星時計補正量CLKを、送信される衛星時計誤差情報に含まれる多項式係数C0[m],C1[m/s]および送信される時刻情報t0を用いて、次式から求める。
計算は、周期Tu[Hz]で行い、衛星時計補正量CLKは、「RTCM 10402.3」で規定される搬送波位相補正量および疑似距離補正量演算のための入力値となる。
なお、次式において、tは測位装置100でこの演算を行うときの、受信機1002が持つGPS時刻である。
衛星軌道誤差演算部1023は、次に衛星軌道誤差が更新されるまで、周期Tu[Hz]ごとに、衛星軌道補正量ORBを計算する。
衛星軌道補正量ORBは衛星軌道誤差情報に含まれる軌道誤差ベクトルO=(Oradial,Oalong,Ocross)を用いて、次式から求める。
計算は周期Tu[Hz]で行い、衛星軌道補正量ORBは「RTCM 10402.3」で規定される搬送波位相補正量および疑似距離補正量演算のための入力値となる。
r、r・(rの上に・)は、ECI座標から座標変換したECEF座標系における衛星の位置ベクトルおよび速度ベクトル、rsは、ECI座標から座標変換したECEF座標系における測位装置100の位置ベクトル、eLOSはECEF座標系における測位装置100に対するGPS衛星300の相対位置ベクトルである。
したがって上式のベクトルは、すべてECEF座標系におけるベクトルである。
測位装置100の位置を緯度、経度、高度を用いて表す場合は、地球のモデルとしてたとえば、WGS84楕円体、GRS80楕円体などを使用する。
また、楕円体の形による差異はわずかであるため、任意の楕円体を採用してもよい。
GPS衛星300の位置ベクトルは、Broadcast Ephemerisを用い、IS−GPS記載(IS−GPS−200Gでは30.3.3.1.3節User Algorithm for Determination of SV Position)の式を用いて計算する。
GPS衛星300の速度ベクトルは、Broadcast Ephemerisを用い、以下の手法で計算する。
衛星信号バイアスは、衛星コードバイアス(C1BiasおよびP2Bias)と衛星搬送波位相バイアス(L1BiasおよびL2Bias)から構成される。
衛星信号バイアスは変換式がなく、衛星信号バイアス処理部1026は、センチメータ級の補強情報400に含まれる値が直接使用される。
衛星信号バイアスの値は次の更新時刻まで一定値であり、最新の値が電離層追加処理及び、「RTCM 10402.3」で規定される搬送波位相補正量および疑似距離補正量演算のための入力値となる。
なお、電離層情報追加処理部1027では、L1biasとL2Biasを線形結合したL0biasという値を用いる。
L0biasは、以下の式より得られる。
あるいは、これらの実施の形態のうち、1つを部分的に実施しても構わない。
あるいは、これらの実施の形態のうち、2つ以上を部分的に組み合わせて実施しても構わない。
なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
最後に、実施の形態1〜5に示した測位装置100のハードウェア構成例を図21を参照して説明する。
測位装置100はコンピュータであり、測位装置100の各要素をプログラムで実現することができる。
測位装置100のハードウェア構成としては、バスに、演算装置901、外部記憶装置902、主記憶装置903、通信装置904、入出力装置905が接続されている。
外部記憶装置902は、例えばROM(Read Only Memory)やフラッシュメモリ、ハードディスク装置である。
主記憶装置903は、RAM(Random Access Memory)である。
通信装置904は、図8の受信機1002に相当し、GPS衛星からの観測データ及び放送暦を受信し、また、準天頂衛星からの補強情報を受信する。
通信装置904には、AD(アナログ−ディジタル)変換機能が含まれている。
入出力装置905は、例えばタッチパネル式のディスプレイ装置等である。
プログラムは、図8に示す「〜部」として説明している機能を実現するプログラムである。
更に、外部記憶装置902にはオペレーティングシステム(OS)も記憶されており、OSの少なくとも一部が主記憶装置903にロードされ、演算装置901はOSを実行しながら、図8に示す「〜部」の機能を実現するプログラムを実行する。
また、実施の形態1〜5の説明において、「〜の補正」、「〜の生成」、「〜の作成」、「〜の計算」、「〜の算出」、「〜の演算」、「〜の判断」、「〜の判定」、「〜の更新」、「〜の抽出」、「〜の選択」、「〜の受信」等として説明している処理の結果を示す情報やデータや信号値や変数値が主記憶装置903にファイルとして記憶されている。
Claims (11)
- 移動体に搭載される測位装置であって、
格子状に配置された5つ以上の電子基準点の所在位置が示される電子基準点位置情報を記憶する電子基準点位置情報記憶部と、
前記測位装置の現在位置を測位する測位部と、
前記5つ以上の電子基準点から抽出される4つの電子基準点の複数の組合せの中から、前記測位部により測位された前記測位装置の現在位置と、前記電子基準点位置情報に示される各電子基準点の所在位置とに基づき、4つの電子基準点により形成される四角形の領域内に前記測位装置の現在位置が含まれ、前記四角形の領域の形状が正方形に近似している組合せを選択する電子基準点選択部とを有することを特徴とする測位装置。 - 前記電子基準点選択部は、
前記複数の組合せの中で、前記四角形の領域の形状が最も正方形に近似している組合せを選択することを特徴とする請求項1に記載の測位装置。 - 前記電子基準点選択部は、
内部に前記測位装置の現在位置が含まれるドロネー三角形を形成する3つの電子基準点を選択し、
前記5つ以上の電子基準点のうち前記3つの電子基準点以外の電子基準点を、それぞれ、選択候補電子基準点として指定し、
前記3つの電子基準点間の位置関係と、選択候補電子基準点と前記3つの電子基準点との間の位置関係とを解析し、いずれかの選択候補電子基準点を、4つの電子基準点のうちの残り1つの電子基準点として選択することを特徴とする請求項1に記載の測位装置。 - 前記電子基準点選択部は、
前記3つの電子基準点の各点間の距離を計算し、
選択候補電子基準点ごとに、選択候補電子基準点と前記3つの電子基準点の各点との間の距離を計算し、
選択候補基準点ごとに、前記3つの電子基準点の各点間の距離と、選択候補電子基準点と前記3つの電子基準点の各点との間の距離との中で最長の距離を抽出し、
選択候補基準点ごとに抽出された最長の距離の中で最短の距離を抽出し、
抽出した最短の距離に対応する選択候補基準点を、4つの電子基準点のうちの残り1つの電子基準点として選択することを特徴とする請求項3に記載の測位装置。 - 前記電子基準点位置情報記憶部は、
9つ以上の電子基準点の所在位置が示される電子基準点位置情報を記憶し、
前記電子基準点選択部は、
前記9つ以上の電子基準点の中から、前記測位装置の現在位置に基づき9つの電子基準点を抽出し、
前記9つの電子基準点の中から、内部に前記測位装置の現在位置が含まれるドロネー三角形を形成する3つの電子基準点を選択し、
前記9つの電子基準点のうち前記3つの電子基準点以外の電子基準点を、それぞれ、選択候補電子基準点として指定することを特徴とする請求項4に記載の測位装置。 - 前記測位装置は、更に、
前記電子基準点選択部により選択された4つの電子基準点の各々に対応付けられている遅延誤差を用いた演算を行う遅延誤差演算部を有することを特徴とする請求項1に記載の測位装置。 - 前記遅延誤差演算部は、
前記電子基準点選択部により選択された4つの電子基準点の各々に対応付けられている電離層遅延誤差を用いた演算を行うことを特徴とする請求項6に記載の測位装置。 - 前記遅延誤差演算部は、
前記電子基準点選択部により選択された4つの電子基準点の各々に対応付けられている対流圏遅延誤差を用いた演算を行うことを特徴とする請求項6に記載の測位装置。 - 前記測位装置は、更に、
遅延誤差の最大値及び最小値を記憶する許容範囲記憶部を有し、
前記遅延誤差演算部は、
いずれかの電子基準点に対応付けられている遅延誤差が前記許容範囲記憶部に記憶されている前記最大値よりも大きい場合は、当該電子基準点については、前記遅延誤差に代えて前記最大値を用いた演算を行い、
いずれかの電子基準点に対応付けられている遅延誤差が前記許容範囲記憶部に記憶されている前記最小値よりも小さい場合は、当該電子基準点については、前記遅延誤差に代えて前記最小値を用いた演算を行うことを特徴とする請求項6に記載の測位装置。 - 格子状に配置された5つ以上の電子基準点の所在位置が示される電子基準点位置情報を記憶する、移動体に搭載されるコンピュータである測位装置が行う測位方法であって、
前記測位装置が、前記測位装置の現在位置を測位する測位ステップと、
前記測位装置が、前記5つ以上の電子基準点から抽出される4つの電子基準点の複数の組合せの中から、前記測位ステップにより測位された前記測位装置の現在位置と、前記電子基準点位置情報に示される各電子基準点の所在位置とに基づき、4つの電子基準点により形成される四角形の領域内に前記測位装置の現在位置が含まれ、前記四角形の領域の形状が正方形に近似している組合せを選択する電子基準点選択ステップとを有することを特徴とする測位方法。 - 格子状に配置された5つ以上の電子基準点の所在位置が示される電子基準点位置情報を記憶する、移動体に搭載されるコンピュータである測位装置に、
前記測位装置の現在位置を測位する測位ステップと、
前記5つ以上の電子基準点から抽出される4つの電子基準点の複数の組合せの中から、前記測位ステップにより測位された前記測位装置の現在位置と、前記電子基準点位置情報に示される各電子基準点の所在位置とに基づき、4つの電子基準点により形成される四角形の領域内に前記測位装置の現在位置が含まれ、前記四角形の領域の形状が正方形に近似している組合せを選択する電子基準点選択ステップとを実行させることを特徴とするプログラム。
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