JP2008058164A - Positioning method and apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の目的は、電波航法において加減速や方向転換するなどの移動局に動きの変化があったり、基準局から移動局への補正情報や観測データの送信遅延があったとしても、移動体の現時刻の位置を高精度に測位することを可能にすることである。
【解決手段】測位情報を発信する衛星の信号から、衛星の軌道情報、現時刻の搬送波位相を検出し、位置が既知である基準局で観測時刻に観測された搬送波位相と、衛星の軌道情報に基づき算出した観測時刻と現時刻における衛星の位置、観測時刻における基準局での搬送波位相をもとに、現時刻における基準局での一重位相差または現時刻における基準局での受信機クロック誤差及び搬送波位相を予測し、移動局の搬送波位相、予測された基準局の一重位相差あるいは搬送波位相及び衛星位置をもとに、移動局の位置を算出する。
【選択図】図３An object of the present invention is that even if there is a change in movement of a mobile station such as acceleration / deceleration or direction change in radio wave navigation, or there is a transmission delay of correction information or observation data from a reference station to the mobile station, It is possible to measure the position of the mobile object at the current time with high accuracy.
SOLUTION: Satellite orbit information and current carrier phase are detected from a satellite signal transmitting positioning information, and the carrier phase observed at the observation time at a reference station whose position is known and the satellite orbit information are detected. Based on the observation time calculated based on the satellite position at the current time and the carrier phase at the reference station at the observation time, the single phase difference at the reference station at the current time or the receiver clock error and carrier phase at the reference station at the current time The mobile station position is calculated based on the carrier phase of the mobile station, the single phase difference or carrier phase of the predicted reference station, and the satellite position.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、人工衛星から送られてくる信号をもとに位置を測定する測位システム、その装置及び方法に関する。 The present invention relates to a positioning system for measuring a position based on a signal sent from an artificial satellite, an apparatus and a method thereof.
複数の基準局及び移動局で観測された擬似距離及び電離層変化率に関する補正データをもとに、移動局の位置を算出する（例えば、特許文献１）。 The position of the mobile station is calculated based on correction data relating to pseudoranges and ionosphere change rates observed at a plurality of reference stations and mobile stations (for example, Patent Document 1).
特許文献１の従来技術は、基準局の観測データ（擬似距離、搬送波位相など）を移動局に送信する時間分、位置出力が遅れる。このため、移動体の位置を算出した場合、移動体が送信時間の間に移動した距離だけ出力位置に誤差が生じてしまう。また、算出した観測時刻の位置、速度及び加速度をもとに、現時刻の位置を予測したとしても、加減速や方向転換した場合、予測位置に加速度が変化した分の誤差が生じてしまう。 In the prior art of Patent Document 1, the position output is delayed by the time for transmitting the observation data (pseudo distance, carrier wave phase, etc.) of the reference station to the mobile station. For this reason, when the position of the moving body is calculated, an error occurs in the output position by the distance that the moving body has moved during the transmission time. Even if the current position is predicted based on the calculated position, speed, and acceleration of the observation time, if acceleration / deceleration or direction change is performed, an error corresponding to the change in the acceleration occurs in the predicted position.
本発明の目的は、電波航法において加減速や方向転換したり、基準局から移動局への観測データの送信遅延があったとしても、移動体の現時刻の位置精度を維持することである。 An object of the present invention is to maintain the position accuracy of a mobile object at the current time even when acceleration / deceleration, direction change, or transmission of observation data from a reference station to a mobile station is delayed in radio navigation.
上記の目的は、宇宙あるいは地上から測位情報を発信する衛星の信号を受信し、衛星の軌道情報を検出し、現時刻の搬送波位相を観測し、位置が既知である基準局で観測時刻に観測された搬送波位相を受信し、衛星の軌道情報をもとに観測時刻と現時刻における衛星の位置を算出し、観測時刻における基準局での搬送波位相、観測時刻と現時刻の衛星の位置をもとに、現時刻における基準局での一重位相差または現時刻における基準局での受信機クロック誤差及び搬送波位相を予測し、現時刻における移動局の搬送波位相、予測された基準局の一重位相差あるいは搬送波位相及び衛星位置をもとに、現時刻における移動局の位置を算出することを特徴とする測位方法により達成される。 The above purpose is to receive satellite signals that send positioning information from space or from the ground, detect satellite orbit information, observe the carrier phase at the current time, and observe at the observation time at a reference station whose position is known. The satellite phase is received, the satellite position at the observation time and the current time is calculated based on the orbit information of the satellite, and the carrier phase at the reference station at the observation time and the satellite position at the observation time and the current time are calculated. Predict the single phase difference at the reference station at the current time or the receiver clock error and carrier phase at the reference station at the current time, the carrier phase of the mobile station at the current time, the single phase difference or carrier phase of the predicted reference station and the satellite This is achieved by a positioning method that calculates the position of the mobile station at the current time based on the position.
上記の目的は、宇宙あるいは地上から測位情報を発信する衛星の信号を受信し、衛星の軌道情報を検出し、現時刻の搬送波位相を観測する受信手段と、
位置が既知である基準局で観測時刻に観測された搬送波位相を受信する通信手段と、衛星の軌道情報をもとに観測時刻と現時刻における衛星の位置を算出し、観測時刻における基準局での搬送波位相、観測時刻と現時刻の衛星の位置をもとに、現時刻における基準局での一重位相差あるいは受信機クロック誤差及び搬送波位相を予測し、
現時刻における移動局の搬送波位相、予測された基準局の一重位相差あるいは搬送波位相及び衛星位置をもとに、現時刻における移動局の位置を算出する演算手段とを備えたことを特徴とする測位装置により達成される。
The above-mentioned purpose is to receive a satellite signal that transmits positioning information from space or the ground, detect satellite orbit information, and observe a carrier phase at the current time;
Communication means for receiving the carrier phase observed at the observation time at the reference station whose position is known, and calculating the satellite position at the observation time and the current time based on the orbit information of the satellite, and the carrier at the reference station at the observation time Based on the phase, the observation time and the satellite position at the current time, predict the single phase difference or receiver clock error and carrier wave phase at the reference station at the current time,
Positioning characterized by comprising computing means for calculating the position of the mobile station at the current time based on the carrier phase of the mobile station at the current time, the single phase difference of the predicted reference station or the carrier phase and the satellite position Achieved by the device.
本発明の測位方法及び測位装置によれば、基準局から移動局へ観測データを通信するのに遅れが生じても、現時刻における観測データを予測することにより、位置精度が低下せず、移動体の制御が可能となる。 According to the positioning method and the positioning apparatus of the present invention, even if a delay occurs in communication of observation data from the reference station to the mobile station, the position accuracy is not lowered by predicting the observation data at the current time, and the mobile object Can be controlled.
搬送波位相の相対測位において、基準局の搬送波位相データが通信遅延により移動局での受け取りが遅くなっても移動体位置の予測精度を維持するという目的を、その誤差の原因となっている受信機クロック誤差を除去あるいは予測することにより実現する。 In the relative positioning of the carrier phase, the receiver clock that causes the error is aimed at maintaining the prediction accuracy of the moving body position even if the carrier phase data of the reference station is delayed in the mobile station due to communication delay. This is realized by removing or predicting the error.
図１に本発明の測位システムの一実施例の構成を示す。本発明の一実施例は、移動局測位装置１００と、通信回線１１０と、基準局測位装置１２０とを備えている。移動局測位装置１００は、受信手段１０１と、演算手段１０２と、通信手段１０３とを備えている。
FIG. 1 shows the configuration of an embodiment of the positioning system of the present invention. One embodiment of the present invention includes a mobile
受信手段１０１は、アンテナを含んでおり、ダウンコンバート、アナログ・デジタル・コンバート、直交検波、Ｃ／Ａ（Coarse／Acquisition）コード生成、相関検出、復号、遅延ロックループ、位相ロックループの処理機能を備えている。測位衛星から送られてきた信号（測位信号）をアンテナで受信し、軌道情報や測位衛星状態の情報などを含む航法メッセージを検出し、擬似距離（衛星からの距離）及び搬送波位相積算値（搬送波位相）などの観測データを測定する。ＧＰＳ衛星や擬似衛星などの測位衛星は宇宙あるいは地上から測位のための信号を発信する装置である。 The receiving means 101 includes an antenna and has processing functions for down-conversion, analog-digital conversion, quadrature detection, C / A (Coarse / Acquisition) code generation, correlation detection, decoding, delay lock loop, and phase lock loop. I have. Signals sent from positioning satellites (positioning signals) are received by antennas, navigation messages including orbit information and positioning satellite status information are detected, pseudorange (distance from satellite) and carrier phase integrated value (carrier wave) Measure observation data such as phase. Positioning satellites such as GPS satellites and pseudolites are devices that transmit signals for positioning from space or the ground.
ＣＰＵ（中央演算処理装置）などの演算手段１０２は、航法メッセージ、時刻ｔ−ΔＴにおける基準局の観測データ及び時刻ｔにおける移動局での搬送波位相をもとに現時刻の移動局の位置を算出する。電話機、衛星通信機、無線機などの通信手段１０３は、基準局からの擬似距離や搬送波位相などの観測データを取得する。
A computing means 102 such as a CPU (Central Processing Unit) calculates the position of the mobile station at the current time based on the navigation message, the observation data of the reference station at time t-ΔT and the carrier phase at the mobile station at time t. . A
電話回線、衛星通信回線、無線などの通信回線１１０は、基準局測位装置１２０から移動局測位装置１００へ基準局の観測データを送信する。
A
基準局測位装置１２０は、受信手段１２１と、演算手段１２２と、通信手段１２３とを備えている。受信手段１２１は、アンテナを含んでおり、ダウンコンバート、アナログ・デジタル・コンバート、直交検波、Ｃ／Ａコード生成、相関検出、復号、遅延ロックループ、位相ロックループの処理機能を備えている。測位衛星から送られてきた測位信号をアンテナで受信し、軌道情報や測位衛星状態の情報などを含む航法メッセージを検出し、擬似距離及び搬送波位相などの観測データを測定する。ＣＰＵなどの演算手段１２２は、受信手段１２１で測定された観測データを通信手段１２３に送る。
The reference
電話機、衛星通信機、無線機などの通信手段１２３は、通信回線１１０を通して、基準局の観測データを移動局測位装置１００に送信する。
A communication unit 123 such as a telephone, a satellite communication device, and a wireless device transmits the observation data of the reference station to the mobile
図１に示す本発明の測位システムの基準局測位装置１２０の動作手順を、図２を用いて説明する。
ステップ２０１：受信手段１２１は、測位衛星からの信号をアンテナで受信し、ダウンコンバート、アナログ・デジタル・コンバート、直交検波、Ｃ／Ａコード生成、相関検出、復号の処理を行うことにより軌道情報などの航法メッセージ、受信時刻及び擬似距離を検出する。相関検出の信号をもとに遅延ロックループ、位相ロックループの処理を行うことにより、搬送波位相を検出する。これらの情報を演算手段１２２に送る。
ステップ２０２：演算手段１２２は、航法メッセージ、受信時刻、擬似距離及び搬送波位相の情報を通信手段１２３に送り、通信手段１２３はこれらの情報を通信回線１１０を通して、移動局測位装置１００に送信する。
The operation procedure of the reference
Step 201: The
Step 202: The calculation means 122 sends information on the navigation message, reception time, pseudorange and carrier phase to the communication means 123, and the communication means 123 sends these information to the mobile
図１に示す本発明の測位システムの移動局測位装置１００の動作手順を、図３を用いて説明する。
ステップ３０１：通信手段１０３は、通信回線１１０を経由して、航法メッセージ及び時刻ｔ−ΔＴにおける基準局の観測データを受信し、演算手段１０２に送る。ここで、時間ΔＴは通信による遅延などにより生じた基準局での観測時刻と移動局での観測時刻（現時刻）の差（遅れ時間）である。
ステップ３０２：受信手段１０１は、測位衛星からの信号をアンテナで受信し、ダウンコンバート、アナログ・デジタル・コンバート、直交検波、Ｃ／Ａコード生成、相関検出、復号の処理を行うことにより軌道情報などの航法メッセージ、受信時刻及び擬似距離を検出する。相関検出の信号をもとに遅延ロックループ、位相ロックループの処理を行うことにより、搬送波位相を検出する。これらの航法メッセージ及び時刻ｔにおける移動局での観測データを演算手段１０２に送る。
ステップ３０３：演算手段１０２は、航法メッセージの軌道情報、受信時刻及び擬似距離をもとに、時刻ｔ−ΔＴ及びｔにおける衛星の位置ｒqを算出する。
ステップ３０４：演算手段１０２は、ｑは衛星番号、λは搬送波の波長として、衛星の位置ｒq、基準局の搬送波位相φq k、基準局の位置ｒkをもとに、時刻ｔにおける一重位相差φ＾1q kを、式１により予測する。
The operation procedure of the mobile
Step 301: The communication means 103 receives the navigation message and the observation data of the reference station at time t−ΔT via the
Step 302: The receiving means 101 receives a signal from a positioning satellite with an antenna and performs orbit information by performing down-conversion, analog / digital conversion, quadrature detection, C / A code generation, correlation detection, and decoding. The navigation message, reception time and pseudorange are detected. The carrier phase is detected by performing a delay lock loop and a phase lock loop based on the correlation detection signal. These navigation messages and observation data at the mobile station at time t are sent to the computing means 102.
Step 303: The computing means 102 calculates the satellite position r q at time t−ΔT and t based on the orbit information of the navigation message, the reception time and the pseudorange.
Step 304: The computing means 102 determines a single phase difference at time t based on the satellite position r q , the reference station carrier phase φ q k , and the reference station position r k , where q is the satellite number and λ is the carrier wavelength. φ ^ 1q k is predicted by Equation 1.
初めて観測を行う観測開始時刻である場合ステップ３０５に進み、観測開始時刻でない通常の観測の場合はステップ３０６に進む。
ステップ３０５：演算手段１０２は、時刻ｔにおける衛星位置及び擬似距離をもとに初期位置を算出する。位置ｒ、速度ｖ、加速度ａ及び整数値バイアスの実数解Ｎの推定誤差共分散Ｐの初期値、システム雑音の標準偏差、観測雑音の標準偏差、時定数の逆数を設定する。
ステップ３０６：演算手段１０２は、式２〜式２１を用いて、衛星位置、初期位置及び搬送波位相をもとに位置、速度、加速度、整数値バイアスの実数解及びそれらの共分散を算出する。
If it is the observation start time when the observation is performed for the first time, the process proceeds to step 305, and if it is normal observation that is not the observation start time, the process proceeds to step 306.
Step 305: The computing means 102 calculates an initial position based on the satellite position and the pseudorange at time t. The initial value of the estimated error covariance P of the real solution N of the position r, velocity v, acceleration a, and integer value bias, the standard deviation of the system noise, the standard deviation of the observation noise, and the reciprocal of the time constant are set.
Step 306: The calculation means 102 calculates the real number solution of the position, velocity, acceleration, integer value bias, and their covariance based on the satellite position, the initial position, and the carrier wave phase using Expressions 2 to 21.
先ず、式２〜式６を用いて、行列Ｈを算出する。ここで、（ｘu，ｙu，ｚu）、（ｘk，ｙk，ｚk）は移動局および基準局の推定位置、（ｘq，ｙq，ｚq）は衛星位置、ｍは観測された衛星数、Δｔは受信手段１０１の観測間隔である。 First, the matrix H is calculated using Equations 2 to 6. Here, (x u , yu , z u ), (x k , y k , z k ) are the estimated positions of the mobile station and the reference station, (x q , y q , z q ) are the satellite positions, and m is the observation The number of satellites, Δt, is the observation interval of the receiving means 101.
式７を用いて、フィルタゲイン行列Ｋを算出する。ここで、Ｐ（ｔ｜ｔ−Δｔ）は時刻ｔ−Δｔにおける観測に基づき予測した時刻ｔにおける、位置、速度、加速度及び整数値バイアスの実数解の推定誤差共分散行列、Ｒは観測雑音共分散行列である。 The filter gain matrix K is calculated using Equation 7. Here, P (t | t−Δt) is an estimated error covariance matrix of a real solution of position, velocity, acceleration, and integer value bias at time t predicted based on observation at time t−Δt, and R is an observation noise value. A variance matrix.
式８〜式１５を用いて、推定位置、速度、加速度及び整数値バイアスの実数解を算出する。ここで、η＾（ｔ｜ｓ）は時刻ｓの観測データをもとに予測した時刻ｔの推定位置ｒ＾、速度ｖ＾、加速度ａ＾及び整数値バイアスの実数解Ｎ＾を表し、ξ＾（ｔ｜ｓ）は時刻ｓの観測データをもとに予測した時刻ｔの推定位置、速度及び加速度を表し、ｙは二重位相差、φq uは移動局の搬送波位相、Φは状態遷移行列、αは加速度の時定数の逆数を表す。 Using Equations 8 to 15, real solutions of the estimated position, velocity, acceleration, and integer value bias are calculated. Here, η ^ (t | s) represents an estimated position r ^, speed v ^, acceleration a ^, and real number solution N ^ of integer value bias predicted based on observation data at time s, and ξ ^ (T | s) represents the estimated position, velocity, and acceleration at time t predicted based on the observation data at time s, y is the double phase difference, φ q u is the carrier phase of the mobile station, and φ is the state The transition matrix, α, represents the reciprocal of the time constant of acceleration.
また、式１６〜式２５を用いて、推定位置、速度、加速度及び整数値バイアスの実数解の推定誤差共分散行列Ｐを算出する。 Also, an estimation error covariance matrix P of a real number solution of the estimated position, velocity, acceleration, and integer value bias is calculated using Expressions 16 to 25.
ここで、加速度ａの分布が図４に示すものである場合、式２６を用いて、システム雑音の分散σw 2を算出する。 Here, when the distribution of the acceleration a is as shown in FIG. 4, the system noise variance σ w 2 is calculated using Equation 26.
ステップ３０７：演算手段１０２は、推定誤差共分散行列において整数値バイアスの実数解の推定誤差共分散の要素を抽出し、整数値バイアスの実数解の推定誤差共分散行列を作成する。整数値バイアスの実数解の推定誤差共分散行列及びを実数解をもとに、ＬＡＭＢＤＡ法を用いて、実数解に最も近い整数値を探索し、求められた整数値を整数値バイアスの整数解とする。
ステップ３０８：演算手段１０２は、式２７及び式２８を用いて、観測時刻の位置ｒ（ｔ）及び速度ｖ（ｔ）を算出する。ここで、ｒ＾（ｔ｜ｔ）及びｖ＾（ｔ｜ｔ）は推定位置及び速度、ＰrN（ｔ｜ｔ）及びＰvN（ｔ｜ｔ）は位置ｒと速度ｖについての整数値バイアスの実数解の推定誤差共分散行列、ＰNN（ｔ｜ｔ）は整数値バイアスの実数解の推定誤差共分散行列、Ｎ＾及びＮは整数値バイアスの実数解及び整数解である。
Step 307: The computing means 102 extracts an estimated error covariance element of the integer value bias real solution in the estimated error covariance matrix, and creates an estimated error covariance matrix of the integer value bias real solution. Based on the estimated error covariance matrix of the integer value bias real solution and the real number solution, the LAMBDA method is used to search for the integer value closest to the real number solution, and the obtained integer value is the integer value bias integer solution. And
Step 308: The computing means 102 calculates the observation time position r (t) and velocity v (t) using Equation 27 and Equation 28. Where r ^ (t | t) and v ^ (t | t) are estimated positions and velocities, and P rN (t | t) and P vN (t | t) are integer biases for the positions r and velocities v. Is the estimated error covariance matrix of the real solution, P NN (t | t) is the estimated error covariance matrix of the integer value bias real solution, and N ^ and N are the integer value bias real solution and integer solution.
搬送波位相に影響を及ぼす誤差は、衛星軌道誤差、衛星クロック誤差、電離層遅延誤差、対流圏遅延誤差、受信機クロック誤差（受信機雑音）である。衛星軌道誤差、衛星クロック誤差、電離層遅延誤差、対流圏遅延誤差は時間的変化が非常に小さいため、時間ΔＴが数秒であれば、その変化量が非常に小さく、無視できる。しかし、受信機クロック誤差は数秒で数十〜数ｃｍ変動する。このため、時刻ｔ−ΔＴにおける基準局の搬送波位相をもとに、時刻ｔにおける基準局の搬送波位相を予測しようとすると、搬送波位相の予測値が受信機クロック誤差の影響を受けてしまう。 Errors that affect the carrier phase are satellite orbit error, satellite clock error, ionosphere delay error, troposphere delay error, and receiver clock error (receiver noise). Since the satellite orbit error, satellite clock error, ionosphere delay error, and troposphere delay error have very small temporal changes, if the time ΔT is several seconds, the amount of change is very small and can be ignored. However, the receiver clock error varies from several tens to several centimeters in a few seconds. For this reason, if an attempt is made to predict the carrier phase of the reference station at time t based on the carrier phase of the reference station at time t−ΔT, the predicted value of the carrier phase is affected by the receiver clock error.
図１に示す本発明の測位システムの一実施例によれば、２つの衛星の搬送波位相には同じ受信機クロック誤差が含まれているため、その差をとった一重位相差を算出することにより、受信機クロック誤差の影響を除去できる。そして、時刻ｔ−ΔＴにおける基準局の搬送波位相をもとに、高精度に時刻ｔにおける一重位相差を計算できる。このため、搬送波位相及び擬似距離を含む基準局の観測データが移動局に送信されるタイミングが数秒遅れても、現時刻における基準局の一重位相差を高精度に計算でき、現時刻の位置を算出できることになる。 According to one embodiment of the positioning system of the present invention shown in FIG. 1, since the same receiver clock error is included in the carrier phase of two satellites, a single phase difference obtained by calculating the difference between them is calculated. The influence of the receiver clock error can be eliminated. Based on the carrier phase of the reference station at time t−ΔT, the single phase difference at time t can be calculated with high accuracy. For this reason, even if the timing at which the observation data of the reference station including the carrier phase and the pseudorange is transmitted to the mobile station is delayed by several seconds, the single phase difference of the reference station at the current time can be calculated with high accuracy and the position at the current time can be calculated. become.
図１に示す本発明の測位システムの一実施例によれば、時間ΔＴ遅れた観測データをもとに時刻ｔ−ΔＴにおける位置、速度、加速度を求め、これらのデータをもとに時刻ｔの位置を推定する手法に比べて、時間ΔＴの間に加速、減速、方向転換が起こっても、基準局の一重位相差を推定しているため、加速、減速、方向転換の影響を受けず、位置精度が低下しない。 According to one embodiment of the positioning system of the present invention shown in FIG. 1, the position, speed, and acceleration at time t-ΔT are obtained based on observation data delayed by time ΔT, and the time t is calculated based on these data. Compared to the method of estimating the position, even if acceleration, deceleration, or direction change occurs during the time ΔT, the single phase difference is estimated, so the position is not affected by acceleration, deceleration, or direction change. The accuracy does not decrease.
図１に示す本発明の測位システムの一実施例の移動局測位装置１００において、搭載する移動体の動きにあわせて、加速度の分布を設定すると、その移動体に適合した位置を予測することができる。例えば、加速度の分布を平均０、分散σaの正規分布で表す場合、システム雑音σw 2は式２９で算出できる。
In the mobile
あるいは、加速度の分布を図５に示す平均０、分散σaの正規分布と加速度０で表される場合、システム雑音σw 2は式３０で算出できる。
Alternatively, the system noise σ w 2 can be calculated by Equation 30 when the acceleration distribution is represented by a normal distribution with
図１に示す本発明の測位システムの一実施例の移動局測位装置１００の動作手順のステップ３０４における一重位相差の予測の代わりに搬送波位相及び受信機クロック誤差の予測処理を行うことによっても、移動局で基準局からの観測データを受信する際に通信時間分遅れても、精度良く位置を算出することができる。この場合、搬送波位相に含まれる受信機クロック誤差を予測することにより、搬送波位相を高精度に予測することができる。搬送波位相及び受信機クロック誤差を予測する場合のステップ３０４に替わる動作手順を説明する。
By performing the prediction process of the carrier phase and the receiver clock error instead of the prediction of the single phase difference in step 304 of the operation procedure of the mobile
この場合ステップ３０４での動作では、搬送波位相と受信機クロック誤差の推定誤差共分散の初期値、システム雑音の標準偏差、観測雑音の標準偏差、時定数の逆数を設定する。そして式３１及び式３２を用いて、フィルタゲイン行列Ｋφを算出する。ここで、Ｐφ（ｔ｜ｔ−Δｔ）は搬送波位相及び受信機クロック誤差の推定誤差共分散行列、Ｒφは観測雑音共分散行列である。 In this case, in the operation in step 304, the initial value of the estimated error covariance of the carrier phase and the receiver clock error, the standard deviation of the system noise, the standard deviation of the observation noise, and the reciprocal of the time constant are set. Then, the filter gain matrix Kφ is calculated using Expression 31 and Expression 32. Here, P φ (t | t−Δt) is an estimation error covariance matrix of the carrier phase and the receiver clock error, and R φ is an observation noise covariance matrix.
式３３〜式４０を用いて、搬送波位相及び受信機クロック誤差を算出する。ここで、η＾φ（ｔ｜ｓ）は時刻ｓの観測データをもとに予測した時刻ｔの搬送波位相φ＾q k及び受信機クロック誤差ｅ＾、ｙφは搬送波位相の観測値φq kベクトル、Φφは状態遷移行列、αeは受信機クロック誤差の時定数の逆数。ｄqは測位衛星と基準局との距離変化である。 The carrier phase and the receiver clock error are calculated using Equation 33 to Equation 40. Here, η ^ φ (t | s) is the carrier phase φ ^ q k predicted at the time t based on the observation data at time s and the receiver clock error e ^, y φ are the observed values φ q of the carrier phase. k vector, Φ φ is the state transition matrix, α e is the inverse of the time constant of the receiver clock error. d q is a distance change between the positioning satellite and the reference station.
式４１〜式４３を用いて、搬送波位相及び受信機クロック誤差の推定誤差共分散行列Ｐφを算出する。ここで、σeは受信機クロック誤差の標準偏差である。 The estimated error covariance matrix P φ of the carrier phase and the receiver clock error is calculated using Equations 41 to 43. Here, σ e is the standard deviation of the receiver clock error.
図１に示す本発明の測位システムの一実施例によれば、搬送波位相に含まれる受信機クロック誤差を予測することにより、搬送波位相を高精度に予測できる。このため、基準局からの観測データを受信することが移動局で通信時間分遅れても、移動局の動きに影響を受けず、精度良く位置を算出できる。 According to one embodiment of the positioning system of the present invention shown in FIG. 1, the carrier phase can be predicted with high accuracy by predicting the receiver clock error included in the carrier phase. For this reason, even if reception of observation data from the reference station is delayed by the communication time at the mobile station, the position can be accurately calculated without being affected by the movement of the mobile station.
図１に示す本発明の測位システムの一実施例の移動局測位装置１００において、慣性センサ手段１０４を追加し、制御手段１０６と、記憶手段１０５と、駆動手段１０７を接続し、図６に示す動作手順を行うことにより、基準局からの観測データを受信することが移動局で通信時間分遅れても、精度良く移動体を制御できる。
In the mobile
受信手段１０１は、観測データを検出する時刻にパルス信号を慣性センサ手段１０４に送る。 The receiving means 101 sends a pulse signal to the inertial sensor means 104 at the time when the observation data is detected.
ジャイロや加速度などの慣性センサ手段１０４は、三次元の角速度と三次元の加速度を出力する。受信手段１０１からのパルス信号に同期して、これらのデータを出力する。ここで、データを出力するレートは受信手段１０１よりも高い。このため、パルス信号間にもデータを出力している。 The inertial sensor means 104 such as a gyroscope or an acceleration outputs a three-dimensional angular velocity and a three-dimensional acceleration. These data are output in synchronization with the pulse signal from the receiving means 101. Here, the data output rate is higher than that of the receiving means 101. For this reason, data is also output between pulse signals.
メモリやハードディスクなどの記憶手段１０５は、移動局の経路を記憶している。
A
ＣＰＵなどの制御手段１０６は、移動局の経路をもとに駆動手段１０７の制御量を算出する。 The control means 106 such as a CPU calculates the control amount of the driving means 107 based on the path of the mobile station.
エンジン、モータや油圧機器などの駆動手段１０７は、制御手段１０６からの制御量をもとに駆動し、移動局を移動させる。
A driving unit 107 such as an engine, a motor, or a hydraulic device is driven based on a control amount from the
図１に示す本発明の測位システムの一実施例の動作手順を、図６を用いて説明する。ここで、慣性センサ手段１０４の観測データ出力は移動局の観測データ出力と同期しているため、ステップ６０４とステップ６０３は同時に行われる。慣性センサ手段１０４の出力レートが移動局よりも高いため、ステップ６０３のみが行われるケースがある。基準局の観測データの取得（ステップ６０５）は通信時間分（時間ΔＴ）遅れる。
ステップ６０１：慣性センサ手段１０４は、三次元の角速度と三次元の加速度を出力しそのデータを演算手段１０２に送る。演算手段１０２はアライメントを実施し、移動局の方位及び姿勢を算出する。
ステップ６０２：ステップ３０１〜ステップ３０８を実施し、移動局の位置を算出する。
ステップ６０３：慣性センサ手段１０４は、三次元の角速度と三次元の加速度を出力し、そのデータを演算手段１０２に送る。受信手段１０１からのパルス信号を受け取ったときに同期させて、データを出力する。
ステップ６０４：受信手段１０１は、測位衛星からの信号をアンテナで受信し、ダウンコンバート、アナログ・デジタル・コンバート、直交検波、Ｃ／Ａコード生成、相関検出、復号の処理を行うことにより軌道情報などの航法メッセージ、受信時刻及び擬似距離を検出する。相関検出の信号をもとに遅延ロックループ、位相ロックループの処理を行うことにより、搬送波位相を検出する。これらの航法メッセージ及び観測データを演算手段１０２に送る。観測時間にパルス信号を慣性センサ手段１０４に送る。
ステップ６０５：通信手段１０３は、通信回線１１０を経由して、航法メッセージ及び基準局の観測データを受信し、演算手段１０２に送る。
ステップ６０６：演算手段１０２に送られたデータが慣性センサ手段１０４からの観測データである場合ステップ６０７に進み、移動局の観測データと慣性センサ手段１０４の観測データである場合ステップ６０８に進み、基準局の観測データである場合ステップ６１０に進む。
ステップ６０７：演算手段１０２は、慣性センサ手段１０４からの三次元の角速度と三次元の加速度、前回のストラップダウン演算あるいは複合航法演算で算出した位置、速度、方位及び姿勢をもとにストラップダウン演算を行い、位置、速度、方位及び姿勢を算出し、それらの情報を制御手段１０６に送る。
ステップ６０８：演算手段１０２は、航法メッセージ、基準局及び移動局の搬送波位相をもとに、ステップ３０３〜ステップ３０８を実施し、現時刻の位置及び速度を算出する。
ステップ６０９：演算手段１０２は、ステップ６０８で算出した現時刻の位置及び速度、慣性センサ手段１０４の三次元の角速度と三次元の加速度、前回のストラップダウン演算で算出した位置、速度、方位及び姿勢をもとに複合航法演算を用いて、位置、速度、方位及び姿勢を算出し、それらの情報を制御手段１０６に送る。
ステップ６１０：演算手段１０２は、受信手段１０１から基準局の観測データを受け取る。
ステップ６１１：制御手段１０６は、記憶手段１０５から移動局の経路を読み込み、演算手段１０２からの位置、速度、方位及び姿勢をもとに駆動手段１０７の制御量を算出し、制御量を駆動手段１０７に送る。
ステップ６１２：駆動手段１０７は、制御量をもとに移動局を移動させる。
The operation procedure of one embodiment of the positioning system of the present invention shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. Here, since the observation data output of the inertial sensor means 104 is synchronized with the observation data output of the mobile station, step 604 and step 603 are performed simultaneously. In some cases, only step 603 is performed because the output rate of the inertial sensor means 104 is higher than that of the mobile station. Acquisition of the observation data of the reference station (step 605) is delayed by the communication time (time ΔT).
Step 601: The inertial sensor means 104 outputs a three-dimensional angular velocity and a three-dimensional acceleration and sends the data to the computing means 102. The computing means 102 performs alignment and calculates the azimuth and attitude of the mobile station.
Step 602: Steps 301 to 308 are performed to calculate the position of the mobile station.
Step 603: The inertial sensor means 104 outputs a three-dimensional angular velocity and a three-dimensional acceleration, and sends the data to the computing means 102. When receiving a pulse signal from the receiving means 101, the data is output in synchronization.
Step 604: The receiving means 101 receives a signal from a positioning satellite with an antenna and performs orbit information by performing down-conversion, analog / digital conversion, quadrature detection, C / A code generation, correlation detection, and decoding. The navigation message, reception time and pseudorange are detected. The carrier phase is detected by performing a delay lock loop and a phase lock loop based on the correlation detection signal. These navigation messages and observation data are sent to the computing means 102. A pulse signal is sent to the inertial sensor means 104 at the observation time.
Step 605: The communication means 103 receives the navigation message and the observation data of the reference station via the
Step 606: If the data sent to the calculation means 102 is observation data from the inertial sensor means 104, the process proceeds to step 607. If the data is observation data from the mobile station and the inertial sensor means 104, the process proceeds to step 608, and the reference station If the observation data is, the process proceeds to step 610.
Step 607: The calculation means 102 performs the strapdown calculation based on the three-dimensional angular velocity and the three-dimensional acceleration from the inertial sensor means 104, and the position, speed, direction and orientation calculated by the previous strapdown calculation or compound navigation calculation. To calculate the position, velocity, direction and orientation, and send the information to the control means 106.
Step 608: The computing means 102 performs Step 303 to Step 308 based on the navigation message, the carrier phase of the reference station and the mobile station, and calculates the current time position and velocity.
Step 609: The calculation means 102 calculates the position and speed at the current time calculated in step 608, the three-dimensional angular velocity and the three-dimensional acceleration of the inertial sensor means 104, and the position, speed, direction and orientation calculated in the previous strapdown calculation. Based on the above, the position, speed, heading, and attitude are calculated using compound navigation calculation, and the information is sent to the control means 106.
Step 610: The calculating means 102 receives the observation data of the reference station from the receiving means 101.
Step 611: The control means 106 reads the route of the mobile station from the storage means 105, calculates the control amount of the drive means 107 based on the position, speed, azimuth and attitude from the calculation means 102, and uses the control amount as the drive means. Send to 107.
Step 612: The driving means 107 moves the mobile station based on the control amount.
図１に示す本発明の測位システムの一実施例によれば、基準局から移動局に観測データを送信するのが通信時間分遅れても、高精度に現時刻の位置を予測できるため、リアルタイム制御が可能になる。 According to one embodiment of the positioning system of the present invention shown in FIG. 1, even if the transmission of observation data from the reference station to the mobile station is delayed by the communication time, the position of the current time can be predicted with high accuracy. Is possible.
測位装置を人、自動車や列車などの移動体及び配送物などに装着することにより、現時刻の位置が高精度に検出できる。また、制御装置で現時刻の位置を用いることにより、移動体の制御ができる。 The position of the current time can be detected with high accuracy by attaching the positioning device to a moving object such as a person, a car or a train, and a delivery item. Further, the moving body can be controlled by using the position of the current time in the control device.
１００…移動局測位装置、１０１…受信手段、１０２…演算手段、１０３…通信手段、１１０…通信回線、１２０…基準局測位装置、１２１…受信手段、１２２…演算手段、１２３…通信手段。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
位置が既知である基準局で観測時刻に観測された搬送波位相を受信し、
衛星の軌道情報をもとに観測時刻と現時刻における衛星の位置を算出し、
観測時刻における基準局での搬送波位相、観測時刻と現時刻の衛星の位置をもとに、現時刻における基準局での一重位相差を予測し、
現時刻における移動局の搬送波位相、予測された基準局の一重位相差及び衛星位置をもとに、現時刻における移動局の位置を算出することを特徴とする測位方法。 Receives satellite signals that send positioning information from space or ground, detects satellite orbit information, observes the current carrier phase,
Receive the carrier phase observed at the observation time at the reference station whose position is known,
Calculate the position of the satellite at the observation time and current time based on the orbit information of the satellite,
Based on the carrier phase at the reference station at the observation time and the position of the satellite at the observation time and the current time, the single phase difference at the reference station at the current time is predicted,
A positioning method, comprising: calculating a position of a mobile station at a current time based on a carrier phase of the mobile station at a current time, a single phase difference of a predicted reference station, and a satellite position.
位置が既知である基準局で観測時刻に観測された搬送波位相を受信し、
衛星の軌道情報をもとに観測時刻と現時刻における衛星の位置を算出し、
観測時刻における基準局での搬送波位相、観測時刻と現時刻の衛星の位置をもとに、現時刻における基準局での受信機クロック誤差及び搬送波位相を予測し、
現時刻における移動局の搬送波位相、予測された基準局の搬送波位相及び衛星位置をもとに、現時刻における移動局の位置を算出することを特徴とする測位方法。 Receives satellite signals that send positioning information from space or ground, detects satellite orbit information, observes the current carrier phase,
Receive the carrier phase observed at the observation time at the reference station whose position is known,
Calculate the position of the satellite at the observation time and current time based on the orbit information of the satellite,
Based on the carrier phase at the reference station at the observation time, the position of the satellite at the observation time and the current time, the receiver clock error and the carrier phase at the reference station at the current time are predicted,
A positioning method, comprising: calculating a position of a mobile station at a current time based on a carrier phase of the mobile station at a current time, a predicted carrier wave phase of a reference station, and a satellite position.
位置が既知である基準局で観測時刻に観測された搬送波位相を受信する通信手段と、
衛星の軌道情報をもとに観測時刻と現時刻における衛星の位置を算出し、
観測時刻における基準局での搬送波位相、観測時刻と現時刻の衛星の位置をもとに、現時刻における基準局での一重位相差を予測し、
現時刻における移動局の搬送波位相、予測された基準局の一重位相差及び衛星位置をもとに、現時刻における移動局の位置を算出する演算手段とを備えたことを特徴とする測位装置。 Receiving means for receiving satellite signals for transmitting positioning information from space or the ground, detecting satellite orbit information, and observing the carrier phase at the current time;
A communication means for receiving a carrier phase observed at an observation time at a reference station having a known position;
Calculate the position of the satellite at the observation time and current time based on the orbit information of the satellite,
Based on the carrier phase at the reference station at the observation time and the position of the satellite at the observation time and the current time, the single phase difference at the reference station at the current time is predicted,
A positioning device, comprising: a calculating means for calculating the position of the mobile station at the current time based on the carrier phase of the mobile station at the current time, the single phase difference of the predicted reference station and the satellite position.
位置が既知である基準局で観測時刻に観測された搬送波位相を受信する通信手段と、
衛星の軌道情報をもとに観測時刻と現時刻における衛星の位置を算出し、
観測時刻における基準局での搬送波位相、観測時刻と現時刻の衛星の位置をもとに、現時刻における基準局での受信機クロック誤差及び搬送波位相を予測し、
現時刻における移動局の搬送波位相、予測された基準局の搬送波位相及び衛星位置をもとに、現時刻における移動局の位置を算出する演算手段とを備えたことを特徴とする測位装置。
Receiving means for receiving satellite signals for transmitting positioning information from space or the ground, detecting satellite orbit information, and observing the carrier phase at the current time;
A communication means for receiving a carrier phase observed at an observation time at a reference station having a known position;
Calculate the position of the satellite at the observation time and current time based on the orbit information of the satellite,
Based on the carrier phase at the reference station at the observation time, the position of the satellite at the observation time and the current time, the receiver clock error and the carrier phase at the reference station at the current time are predicted,
A positioning apparatus comprising: a calculating means for calculating a position of a mobile station at a current time based on a carrier phase of the mobile station at a current time, a predicted carrier wave phase of a reference station, and a satellite position.
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