JPH089360B2 - 航法装置 - Google Patents
航法装置Info
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- JPH089360B2 JPH089360B2 JP63129006A JP12900688A JPH089360B2 JP H089360 B2 JPH089360 B2 JP H089360B2 JP 63129006 A JP63129006 A JP 63129006A JP 12900688 A JP12900688 A JP 12900688A JP H089360 B2 JPH089360 B2 JP H089360B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は，異なった地球周回軌道上の複数の人工衛
星に正確なクロック及びスペクトラム拡散通信の可能な
送信機を搭載することによって，航法支援のための人工
衛星となし，地球表面上，空中，あるいは宇宙空間にお
いて，専用の受信機により，信号を受信，処理すること
により，受信機を搭載した利用者の絶対位置，速度を実
時間で決定する航法装置に関するものである。
星に正確なクロック及びスペクトラム拡散通信の可能な
送信機を搭載することによって，航法支援のための人工
衛星となし，地球表面上，空中，あるいは宇宙空間にお
いて，専用の受信機により，信号を受信，処理すること
により，受信機を搭載した利用者の絶対位置，速度を実
時間で決定する航法装置に関するものである。
第３図，第４図は，例えばNAVIGATION（VOL.25,No2,S
UMMER,1978）に掲載された米国が開発中の全地球的航法
システムであるGPS（Global Positioning System）の例
にみられるような，地球表面上，空中，あるいは宇宙空
間において,3次元の絶対位置，速度を決定するための，
航法支援用の人工衛星を利用した，航法装置の構成を示
す図であり，図において（１）は地球，（２）は地球軌
道上を周回する航法支援用の人工衛星，（３）は航法支
援用の人工衛星を管理する地上局，（４）は航法装置で
ある。航法装置（４）は，航法支援用の人工衛星からの
信号を受信するための専用受信機（５），航法演算装置
（６），航法結果表示装置（10）より構成され，航法演
算装置（６）は状態量伝播部（７），ゲイン計算部
（８），状態量更新部（９），共分散伝播部（11），共
分散更新部（12）より構成される。
UMMER,1978）に掲載された米国が開発中の全地球的航法
システムであるGPS（Global Positioning System）の例
にみられるような，地球表面上，空中，あるいは宇宙空
間において,3次元の絶対位置，速度を決定するための，
航法支援用の人工衛星を利用した，航法装置の構成を示
す図であり，図において（１）は地球，（２）は地球軌
道上を周回する航法支援用の人工衛星，（３）は航法支
援用の人工衛星を管理する地上局，（４）は航法装置で
ある。航法装置（４）は，航法支援用の人工衛星からの
信号を受信するための専用受信機（５），航法演算装置
（６），航法結果表示装置（10）より構成され，航法演
算装置（６）は状態量伝播部（７），ゲイン計算部
（８），状態量更新部（９），共分散伝播部（11），共
分散更新部（12）より構成される。
なお，第３図では航法支援用の人工衛星におけるほか
の装置，例えば航法信号送信機，電源装置，姿勢制御装
置，トラッキング及びテレメトリコマンド装置，ガスジ
ェット装置，あるいは構体などを必要とするが，この発
明の説明のためには直接関係がないので省略してある。
の装置，例えば航法信号送信機，電源装置，姿勢制御装
置，トラッキング及びテレメトリコマンド装置，ガスジ
ェット装置，あるいは構体などを必要とするが，この発
明の説明のためには直接関係がないので省略してある。
次に動作について説明する。この様な装置において，
航法支援用の人工衛星を用いて，この航法装置を装備し
た利用者の絶対位置，速度の決定を行うためには，航法
支援用の人工衛星（２）から送出された，航法支援用の
人工衛星の位置，速度を計算するための情報を含む特定
コードによりスペクトラム拡散変調された信号を専用受
信機（５）において受信し，その特定コードを予め知る
ことによりスペクトラム逆拡散を行い，送出された信号
を復調，解読し，解読した情報に基づき計算された各航
法支援用の人工衛星の位置，速度の予測値を，受信した
信号の位相，ドップラーシフトを測定することにより得
られた，航法支援用の人工衛星と航法装置を搭載した利
用者間の相対距離，相対速度情報と共に，航法演算装置
（６）においてカルマンフィルタを用いて処理し，利用
者の絶対位置，速度を高精度に決定する。
航法支援用の人工衛星を用いて，この航法装置を装備し
た利用者の絶対位置，速度の決定を行うためには，航法
支援用の人工衛星（２）から送出された，航法支援用の
人工衛星の位置，速度を計算するための情報を含む特定
コードによりスペクトラム拡散変調された信号を専用受
信機（５）において受信し，その特定コードを予め知る
ことによりスペクトラム逆拡散を行い，送出された信号
を復調，解読し，解読した情報に基づき計算された各航
法支援用の人工衛星の位置，速度の予測値を，受信した
信号の位相，ドップラーシフトを測定することにより得
られた，航法支援用の人工衛星と航法装置を搭載した利
用者間の相対距離，相対速度情報と共に，航法演算装置
（６）においてカルマンフィルタを用いて処理し，利用
者の絶対位置，速度を高精度に決定する。
航法演算装置（６）では，カルマンフィルタを用いた
高精度な絶対位置，速度の決定を行うために，各時点に
おける利用者の位置，速度を状態量伝播部（７）にて利
用者のダイナミクスモデルを用いることにより計算する
と共に，各時点で計算された利用者位置，速度の決定精
度を示す指標である共分散を共分散伝播部（11）にて同
時に計算し，計算された共分散に基づき，状態量及び共
分散の更新を行うために必要となるカルマンゲインをゲ
イン計算部（８）にて定期的に計算し，その結果に基づ
き，状態量更新部（９），共分散更新部（12）におい
て，専用受信機（５）より得られた，各航法支援用の人
工衛星の位置，速度の予測値，及び航法支援用の人工衛
星と航法装置を搭載した利用者との間の相対距離，相対
速度情報を用い，状態量伝播部（７），共分散伝播部
（11）にて計算された利用者位置，速度の伝播誤差及び
その時の共分散値の修正を行う。
高精度な絶対位置，速度の決定を行うために，各時点に
おける利用者の位置，速度を状態量伝播部（７）にて利
用者のダイナミクスモデルを用いることにより計算する
と共に，各時点で計算された利用者位置，速度の決定精
度を示す指標である共分散を共分散伝播部（11）にて同
時に計算し，計算された共分散に基づき，状態量及び共
分散の更新を行うために必要となるカルマンゲインをゲ
イン計算部（８）にて定期的に計算し，その結果に基づ
き，状態量更新部（９），共分散更新部（12）におい
て，専用受信機（５）より得られた，各航法支援用の人
工衛星の位置，速度の予測値，及び航法支援用の人工衛
星と航法装置を搭載した利用者との間の相対距離，相対
速度情報を用い，状態量伝播部（７），共分散伝播部
（11）にて計算された利用者位置，速度の伝播誤差及び
その時の共分散値の修正を行う。
従来の航法装置は以上のように構成されているので，
航法装置内においてカルマンフィルタを用いた高精度な
絶対位置，速度の決定を行うために，利用者のダイナミ
クスに基づき位置，速度の伝播を行うと共に，共分散も
合わせて伝播する必要がある他，定期的に共分散の値に
基づきカルマンフィルタのゲインを計算し，位置，速度
の伝播誤差の修正に加え，共分散値自体の修正を行うこ
とが必要であり，他の処理を圧迫する可能性や実時間処
理が不可能となる場合があるなどの課題があった。
航法装置内においてカルマンフィルタを用いた高精度な
絶対位置，速度の決定を行うために，利用者のダイナミ
クスに基づき位置，速度の伝播を行うと共に，共分散も
合わせて伝播する必要がある他，定期的に共分散の値に
基づきカルマンフィルタのゲインを計算し，位置，速度
の伝播誤差の修正に加え，共分散値自体の修正を行うこ
とが必要であり，他の処理を圧迫する可能性や実時間処
理が不可能となる場合があるなどの課題があった。
また，使用する計算機の能力によっては，カルマンフ
ィルタの適用自体が不可能となる場合があるなどの課題
があった。
ィルタの適用自体が不可能となる場合があるなどの課題
があった。
この発明は，上記のような課題を解消するためになさ
れたもので，航法演算に要する計算負荷を軽減し，利用
者の高精度な位置，速度情報を，実時間処理により取得
することの出来る装置を得ることを目的とする。
れたもので，航法演算に要する計算負荷を軽減し，利用
者の高精度な位置，速度情報を，実時間処理により取得
することの出来る装置を得ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕 この発明に係る航法装置は，カルマンフィルタをその
ままの形で使用し，共分散の伝播，伝播された共分散に
基づく伝播誤差修正用のカルマンゲインの計算，その結
果に基づく共分散の更新を行う代わりに，航法に使用す
る４個の航法支援用の人工衛星と利用者との間の幾何学
的関係から航法精度の指標となるパラメータであるGDO
P,Vmaxの値を計算し，その値が各時点においてカルマン
フィルタにより計算された共分散値の変化の関数である
ことを利用し，上記パラメータの値の変化に応じ，航法
演算装置内のゲイン計算部において伝播誤差修正用のゲ
インを決定し，状態量更新部においてカルマフィルタ型
の情報処理機構を用い，利用者絶対位置，速度の伝播誤
差の修正を行おうとしたものである。
ままの形で使用し，共分散の伝播，伝播された共分散に
基づく伝播誤差修正用のカルマンゲインの計算，その結
果に基づく共分散の更新を行う代わりに，航法に使用す
る４個の航法支援用の人工衛星と利用者との間の幾何学
的関係から航法精度の指標となるパラメータであるGDO
P,Vmaxの値を計算し，その値が各時点においてカルマン
フィルタにより計算された共分散値の変化の関数である
ことを利用し，上記パラメータの値の変化に応じ，航法
演算装置内のゲイン計算部において伝播誤差修正用のゲ
インを決定し，状態量更新部においてカルマフィルタ型
の情報処理機構を用い，利用者絶対位置，速度の伝播誤
差の修正を行おうとしたものである。
この発明における航法装置は，専用受信機により航法
支援のための人工衛星からの信号を受信し，その内容を
復調，解読することにより求めた，航法支援用の人工衛
星の位置及び航法演算装置により求めた利用者位置情報
を基に，航法支援用の人工衛星の配置と利用者との幾何
学的関係と航法精度との関係を示すパラメータを計算
し，最良の航法精度をもたらす観測可能な４衛星を選択
すると共に，ゲイン計算部において上記パラメータの値
に基づき決定した伝播誤差修正用のゲインを用い，状態
量伝播部にて利用者のダイナミクスモデルにより計算さ
れた利用者の位置，速度の伝播誤差を，専用受信機によ
り測定した，選択した４衛星と利用者間の相対距離，速
度情報を基に，カルマンフィルタ型の情報処理機構を用
いることにより修正するものであるから，従来のカルマ
ンフィルタの計算に必要とされた，共分散の伝播，更
新，共分散に基づいたゲイン計算等を行う事なく，利用
者の位置，速度を高精度で実時間処理により求めること
が可能となる。
支援のための人工衛星からの信号を受信し，その内容を
復調，解読することにより求めた，航法支援用の人工衛
星の位置及び航法演算装置により求めた利用者位置情報
を基に，航法支援用の人工衛星の配置と利用者との幾何
学的関係と航法精度との関係を示すパラメータを計算
し，最良の航法精度をもたらす観測可能な４衛星を選択
すると共に，ゲイン計算部において上記パラメータの値
に基づき決定した伝播誤差修正用のゲインを用い，状態
量伝播部にて利用者のダイナミクスモデルにより計算さ
れた利用者の位置，速度の伝播誤差を，専用受信機によ
り測定した，選択した４衛星と利用者間の相対距離，速
度情報を基に，カルマンフィルタ型の情報処理機構を用
いることにより修正するものであるから，従来のカルマ
ンフィルタの計算に必要とされた，共分散の伝播，更
新，共分散に基づいたゲイン計算等を行う事なく，利用
者の位置，速度を高精度で実時間処理により求めること
が可能となる。
以下，この発明の一実施例を図について説明する。第
１図，第２図において，（１）は地球，（２）は地球軌
道上を周回し，常時，特定コードによりスペクトラム拡
散変調された，自機の位置，速度を予測，計算するため
の情報を含んだ，絶対距離，速度を測定するための信号
を送出する航法支援用の人工衛星，（３）は航法支援用
の人工衛星を監視すると共に，航法支援用の人工衛星よ
り利用者に送出される信号中に含まれる，航法支援用の
人工衛星の位置，速度を計算するための情報を定期的に
各航法支援用衛星に対しアップロードする役割を持つ地
上局，（４）は利用者の装備すべき航法装置であり，専
用受信機（５），航法演算装置（６），航法結果表示装
置（10）から構成される。
１図，第２図において，（１）は地球，（２）は地球軌
道上を周回し，常時，特定コードによりスペクトラム拡
散変調された，自機の位置，速度を予測，計算するため
の情報を含んだ，絶対距離，速度を測定するための信号
を送出する航法支援用の人工衛星，（３）は航法支援用
の人工衛星を監視すると共に，航法支援用の人工衛星よ
り利用者に送出される信号中に含まれる，航法支援用の
人工衛星の位置，速度を計算するための情報を定期的に
各航法支援用衛星に対しアップロードする役割を持つ地
上局，（４）は利用者の装備すべき航法装置であり，専
用受信機（５），航法演算装置（６），航法結果表示装
置（10）から構成される。
（５）は航法支援用の人工衛星からの信号を受信し，
スペクトラム逆拡散を行うことにより信号を復調し，利
用者と航法支援用の人工衛星との間の相対距離，相対速
度を測定すると共に，信号中に含まれる航法支援用の人
工衛星の位置，速度計算用の情報を解読するための専用
受信機，（６）は利用者の絶対位置，速度を決定するた
めの航法演算装置であり，利用者のダイナミクスモデル
に基づき，利用者の位置，速度の計算を行う状態量伝播
部（７），利用者と航法支援用の人工衛星との幾何学的
な関係を示すパラメータを計算し，その値に基づいて位
置，速度の伝播誤差修正用のゲインを計算するゲイン計
算部（８），その結果を基にカルマンフィルタ型の誤差
修正機構により状態量伝播部（７）において計算された
位置，速度伝播誤差を修正する状態量更新部（９）より
構成される。
スペクトラム逆拡散を行うことにより信号を復調し，利
用者と航法支援用の人工衛星との間の相対距離，相対速
度を測定すると共に，信号中に含まれる航法支援用の人
工衛星の位置，速度計算用の情報を解読するための専用
受信機，（６）は利用者の絶対位置，速度を決定するた
めの航法演算装置であり，利用者のダイナミクスモデル
に基づき，利用者の位置，速度の計算を行う状態量伝播
部（７），利用者と航法支援用の人工衛星との幾何学的
な関係を示すパラメータを計算し，その値に基づいて位
置，速度の伝播誤差修正用のゲインを計算するゲイン計
算部（８），その結果を基にカルマンフィルタ型の誤差
修正機構により状態量伝播部（７）において計算された
位置，速度伝播誤差を修正する状態量更新部（９）より
構成される。
また，（10）は上記処理により得られた，選択された
航法支援用の人工衛星の種類，その数や利用者の絶対位
置，速度などの航法演算結果を表示するための航法結果
表示装置である。
航法支援用の人工衛星の種類，その数や利用者の絶対位
置，速度などの航法演算結果を表示するための航法結果
表示装置である。
また，第１図では航法支援用の人工衛星を構成する他
の装置，例えば航法用の専用の送信機，電源装置，姿勢
制御装置，トラッキング及びテレメトリコマンド装置，
ガスジェット装置，あるいは構体などを必要とするが，
この発明の説明のためには直接関係がないので省略して
ある。
の装置，例えば航法用の専用の送信機，電源装置，姿勢
制御装置，トラッキング及びテレメトリコマンド装置，
ガスジェット装置，あるいは構体などを必要とするが，
この発明の説明のためには直接関係がないので省略して
ある。
（４）の航法装置においては，専用受信機（５）によ
り受信した航法支援用の人工衛星（２）からのスペクト
ラム拡散変調された信号を復調し，信号の位相，ドップ
ラーシフトを計測することにより，航法支援用の人工衛
星（２）と航法装置（４）を搭載した利用者との間の相
対距離，相対速度を測定すると共に，信号中に含まれる
航法支援用の人工衛星の位置，速度計算用の情報を解読
し，その結果を用いて，測定時の航法支援用の人工衛星
の位置，速度を計算する。測定された相対距離，相対速
度は次式のように表される。
り受信した航法支援用の人工衛星（２）からのスペクト
ラム拡散変調された信号を復調し，信号の位相，ドップ
ラーシフトを計測することにより，航法支援用の人工衛
星（２）と航法装置（４）を搭載した利用者との間の相
対距離，相対速度を測定すると共に，信号中に含まれる
航法支援用の人工衛星の位置，速度計算用の情報を解読
し，その結果を用いて，測定時の航法支援用の人工衛星
の位置，速度を計算する。測定された相対距離，相対速
度は次式のように表される。
ただし， （Xs,Ys,Zs） 航法支援用の人工衛星の位置 （Vxs,Vys,Vzs） 航法支援用の人工衛星の速度 （X,Y,Z） 利用者の位置 （Vx,Vy,Vz） 利用者の速度 ｂ 利用者クロックバイアス誤差 ｎ 利用者クロックドリフト誤差 ν１ 相対距離測定時をランダム誤差 ν２ 相対速度測定時のランダム誤差 である。
航法支援用の人工衛星と利用者間の距離は，航法支援
用の人工衛星のクロックにより与えられる信号送信時刻
と，利用者の専用受信機のクロックによって与えられる
信号送信時刻と，利用者の専用受信機のクロックによっ
て与えられる信号受信時刻の差により決定されるため，
航法支援用の人工衛星及び利用者の専用受信機のクロッ
ク誤差も（１），（２）式に示すように相対距離，相対
速度測定誤差の一要因となる。
用の人工衛星のクロックにより与えられる信号送信時刻
と，利用者の専用受信機のクロックによって与えられる
信号送信時刻と，利用者の専用受信機のクロックによっ
て与えられる信号受信時刻の差により決定されるため，
航法支援用の人工衛星及び利用者の専用受信機のクロッ
ク誤差も（１），（２）式に示すように相対距離，相対
速度測定誤差の一要因となる。
そのため，この人工衛星を用いた航法システムにより
位置，速度の決定を高精度に行うためには，利用者のク
ロック誤差も合わせて推定することが必要となり，その
ために４個の航法支援用の人工衛星を使用することが必
要となる。
位置，速度の決定を高精度に行うためには，利用者のク
ロック誤差も合わせて推定することが必要となり，その
ために４個の航法支援用の人工衛星を使用することが必
要となる。
このとき，最良の航法結果を与える４個の航法支援用
の人工衛星を選択するために，航法演算装置（６）内の
状態量伝播部（７）において計算された現時点の利用者
位置及び受信信号中に含まれる情報を基に専用受信機
（５）にて計算した航法支援用の人工衛星位置を用い，
利用者より観測可能な航法支援用の人工衛星（２）を選
択し，その中からGDOP,あるいはGDOPと反比例の関係に
ある航法支援用の４個の人工衛星と利用者の作る四面錐
の体積を，最適な４個の衛星を選択するための評価基準
として利用する。
の人工衛星を選択するために，航法演算装置（６）内の
状態量伝播部（７）において計算された現時点の利用者
位置及び受信信号中に含まれる情報を基に専用受信機
（５）にて計算した航法支援用の人工衛星位置を用い，
利用者より観測可能な航法支援用の人工衛星（２）を選
択し，その中からGDOP,あるいはGDOPと反比例の関係に
ある航法支援用の４個の人工衛星と利用者の作る四面錐
の体積を，最適な４個の衛星を選択するための評価基準
として利用する。
GDOPは（１）式で与えられる４衛星と利用者との間の
相対距離情報より，最小自乗法により利用者位置，クロ
ック誤差を推定したときの推定誤差の共分散を示すもの
であり,NAVIGATION（VOL.25,No2,SUMMER,1978）による
と，利用者位置から航法支援用の衛星位置に向かう単位
ベクトルをそれぞれ，ｅ ｉ（ｉ＝1,4）とすると，次式
により表わすことが出来る。
相対距離情報より，最小自乗法により利用者位置，クロ
ック誤差を推定したときの推定誤差の共分散を示すもの
であり,NAVIGATION（VOL.25,No2,SUMMER,1978）による
と，利用者位置から航法支援用の衛星位置に向かう単位
ベクトルをそれぞれ，ｅ ｉ（ｉ＝1,4）とすると，次式
により表わすことが出来る。
ここで，σxx2,σyy2,σzz2は航法支援用の衛星と利
用者間の幾何学的配置による利用者位置の推定誤差共分
散を，σtt2はクロック誤差の推定誤差共分散を示して
いる。
用者間の幾何学的配置による利用者位置の推定誤差共分
散を，σtt2はクロック誤差の推定誤差共分散を示して
いる。
また,Gtは行列Ｇの転置行列を,G-1は行列Ｇの逆行列
を示す。
を示す。
従って，最良の航法精度を与える航法支援用の衛星の
組合せは,GDOPの値が最小になる組合せとなる。しか
し，（３），（４），（５）式より判るようにGDOPの計
算は面倒である。
組合せは,GDOPの値が最小になる組合せとなる。しか
し，（３），（４），（５）式より判るようにGDOPの計
算は面倒である。
NAVIGATION（VOL.25,No2,SUMMER,1978）によれば，利
用者から航法支援用の人工衛星までの単位ベクトルｅ ｉ
（ｉ＝1,4）の頂点を結んで作られる４面錐の体積Ｖと,
GDOPとの間には， GDOP〜1/V ……（６） の関係がある。ここで，〜は比例関係を示す記号であ
る。
用者から航法支援用の人工衛星までの単位ベクトルｅ ｉ
（ｉ＝1,4）の頂点を結んで作られる４面錐の体積Ｖと,
GDOPとの間には， GDOP〜1/V ……（６） の関係がある。ここで，〜は比例関係を示す記号であ
る。
従って，上記体積が最大値Vmaxをとる４個の航法支援
用の人工衛星を選択することによっても，最良の航法精
度を与える航法支援用の衛星の組合せを決定することが
出来る。
用の人工衛星を選択することによっても，最良の航法精
度を与える航法支援用の衛星の組合せを決定することが
出来る。
ところで，通常のカルマンフィルタの処理は次式によ
って行われる。
って行われる。
状態量，共分散の伝播 ＝ｆ（ｘ） ……（７） ＝FP＋PFt＋Ｑ ……（８） カルマンゲインの計算 Ｋ＝PHt（HPHt＋Ｒ）-1 ……（９） 状態量，共分散の更新 X+＝X-＋Ｋ（Ｚ−ｈ（X-）） ……（10） P+＝（Ｉ−KH）P- ……（11） ここで，＋の記号は更新後を，−の記号は更新前を表
す。
す。
また， ｘ 推定状態量（位置，速度，クロックバイアス，クロ
ックドリフト） ｆ（ｘ）利用者のダイナミクスモデル Ｐ 状態量誤差共分散 Ｚ 観測値（航法支援用の人工衛星と利用者との間の相
対距離，相対速度） ｈ（ｘ）推定状態量を用いた観測値予測値 Ｑ プロセスノイズ Ｒ 観測誤差行列 Ｋ カルマンゲイン行列 Ｉ 単位行列 ここで,NAVIGATION（VOL.25,No2,SUMMER,1978）によ
ると,GDOP,Vmaxの値は，（３），（６）式より明らかな
ように，選択した４個の航法支援用の人工衛星を使用し
たときに最小自乗法により得られる，各時点における航
法精度誤差共分散の関数である。この性質を利用し，通
常のカルマンフィルタのように（８）式により共分散を
伝播し，その結果に基づき（９）式により伝播誤差修正
用のゲインを計算する代わりに，上記パラメータを利用
し，ゲイン計算部（８）においてGDOP,あるいはVmaxの
値に基づき次式によりカルマンゲインを近似的に決定す
る。
ックドリフト） ｆ（ｘ）利用者のダイナミクスモデル Ｐ 状態量誤差共分散 Ｚ 観測値（航法支援用の人工衛星と利用者との間の相
対距離，相対速度） ｈ（ｘ）推定状態量を用いた観測値予測値 Ｑ プロセスノイズ Ｒ 観測誤差行列 Ｋ カルマンゲイン行列 Ｉ 単位行列 ここで,NAVIGATION（VOL.25,No2,SUMMER,1978）によ
ると,GDOP,Vmaxの値は，（３），（６）式より明らかな
ように，選択した４個の航法支援用の人工衛星を使用し
たときに最小自乗法により得られる，各時点における航
法精度誤差共分散の関数である。この性質を利用し，通
常のカルマンフィルタのように（８）式により共分散を
伝播し，その結果に基づき（９）式により伝播誤差修正
用のゲインを計算する代わりに，上記パラメータを利用
し，ゲイン計算部（８）においてGDOP,あるいはVmaxの
値に基づき次式によりカルマンゲインを近似的に決定す
る。
Ｋ＝F1（GDOP）Ht（HF1（GDOP）Ht＋Ｒ）-1 ……（12） Ｋ＝F2（Vmax）Ht（HF2（Vmax）Ht＋Ｒ）-1 ……（13） ここで,F1（GDOP）,F2（Vmax）は状態量誤差共分散行
列ＰをGDOP及びVmaxの関数として近似的に表現すること
により得られるゲイン行列である。
列ＰをGDOP及びVmaxの関数として近似的に表現すること
により得られるゲイン行列である。
（12），（13）式で表わされたゲインを用い，状態量
伝播部（９）において利用者のダイナミクスモデルを用
いて（７）式により計算された利用者の位置，速度の誤
差を，状態量更新部（９）において（10）式のカルマン
フィルタ型の誤差修正機構を用いて修正する。
伝播部（９）において利用者のダイナミクスモデルを用
いて（７）式により計算された利用者の位置，速度の誤
差を，状態量更新部（９）において（10）式のカルマン
フィルタ型の誤差修正機構を用いて修正する。
この結果，（７）式〜（11）式で表わされる通常のカ
ルマンフィルタの処理に代わり，（７），（10），（1
2），（13）式のみを用いることにより，利用者の絶対
位置，速度を決定することが出来，従来のカルマンフィ
ルタの計算に必要とされた，（８）式の共分散の伝播，
（11）式の共分散の更新，（９）式の共分散に基づいた
ゲイン計算を省略することが出来る。
ルマンフィルタの処理に代わり，（７），（10），（1
2），（13）式のみを用いることにより，利用者の絶対
位置，速度を決定することが出来，従来のカルマンフィ
ルタの計算に必要とされた，（８）式の共分散の伝播，
（11）式の共分散の更新，（９）式の共分散に基づいた
ゲイン計算を省略することが出来る。
さらに，ここでは誤差修正用のゲインを計算するため
に，定期的に利用者と航法支援用の人工衛星との間の幾
何学的関係と航法精度との関係を示すパラメータを機上
で計算する場合について説明したが，これは，利用者の
飛行経路が予め明らかになっている場合には，事前にそ
の値を計算し，計算結果に基づき伝播誤差修正用のゲイ
ンを予め決定しておくことを妨げるものではなく，本実
施例に比べ一層の計算速度の高速化，計算負荷の低減
化，計算アルゴリズムの低減化を図ることが出来る。
に，定期的に利用者と航法支援用の人工衛星との間の幾
何学的関係と航法精度との関係を示すパラメータを機上
で計算する場合について説明したが，これは，利用者の
飛行経路が予め明らかになっている場合には，事前にそ
の値を計算し，計算結果に基づき伝播誤差修正用のゲイ
ンを予め決定しておくことを妨げるものではなく，本実
施例に比べ一層の計算速度の高速化，計算負荷の低減
化，計算アルゴリズムの低減化を図ることが出来る。
以上のようにこの発明に係わる航法装置は，カルマン
フィルタを用いた従来の航法演算上最も計算負荷の多
い，共分散の伝播，更新，共分散に基づいたゲイン計算
部分を省くことが出来るため，大幅な演算量の低減，そ
れに伴う処理の簡素化，高速化が達成できる。
フィルタを用いた従来の航法演算上最も計算負荷の多
い，共分散の伝播，更新，共分散に基づいたゲイン計算
部分を省くことが出来るため，大幅な演算量の低減，そ
れに伴う処理の簡素化，高速化が達成できる。
第１図，第２図はこの発明による地球観測装置を示す
図，第３図，第４図は従来の航法支援用の人工衛星を利
用した航法装置を示す図である。 （１）は地球，（２）は航法支援用の人工衛星，（３）
は地上モニタ局，（４）は利用者の装備すべき航法装
置，（５）は専用受信機，（６）は航法演算装置，
（７）は状態量伝播部，（８）はゲイン計算部，（９）
は状態量更新部，（10）は航法結果表示装置，（11）は
共分散伝播部，（12）は共分散更新部。 なお，図中，同一符号は同一または相当部分を示す。
図，第３図，第４図は従来の航法支援用の人工衛星を利
用した航法装置を示す図である。 （１）は地球，（２）は航法支援用の人工衛星，（３）
は地上モニタ局，（４）は利用者の装備すべき航法装
置，（５）は専用受信機，（６）は航法演算装置，
（７）は状態量伝播部，（８）はゲイン計算部，（９）
は状態量更新部，（10）は航法結果表示装置，（11）は
共分散伝播部，（12）は共分散更新部。 なお，図中，同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】異なった地球周回軌道上にある複数の人工
衛星に、クロックの発生及びスペクトラム拡散変調の可
能な送信機を搭載することにより航法支援のための人工
衛星となし、自機の位置、速度情報を含んだメッセージ
を特定コードによりスペクトラム拡散変調した後、地球
方向に送出し、地球表面上、空中、あるいは宇宙空間に
おいて専用の受信機により信号を受信、復調し、信号を
送出した人工衛星の位置・速度情報と共に、受信信号の
位相、トップラーシフトの測定により航法支援用の人工
衛星と専用の受信機を搭載した利用者との間の相対距
離、速度情報を取得し、航法演算装置にて、これらの情
報を処理することにより利用者の絶対位置、速度の決定
を行う航法装置において、上記航法演算装置内の状態量
伝播部において、利用者の運動を記述したダイナミクス
モデルにより伝播された利用者絶対位置・速度の予測誤
差を、航法用に選択された４個の航法支援用の人工衛星
と利用者との間の幾何学的な関係と、選択した４個の航
法支援用の人工衛生と利用者間の測距データを使い最小
自乗法により位置推定を行ったときの航法精度との関係
を示すパラメータであるGDOP（Geometric Dilutric of
Precision）の値に応じ決定される伝播誤差修正用のゲ
インを用い、カルマンフィル型の情報処理機構を使用す
ることにより定期的に修正し、利用者の絶対位置、速度
を実時間処理により決定することを特徴とする航法装
置。 - 【請求項２】異なった地球周回軌道上にある複数の人工
衛星に、クロックの発生及びスペクトラム拡散変調の可
能な送信機を搭載することにより航法支援のための人工
衛星となし、自機の位置、速度情報を含んだメッセージ
を特定コードによりスペクトラム拡散変調した後、地球
方向に送出し、地球表面上、空中、あるいは宇宙空間に
おいて専用の受信機により信号を受信、復調し、信号を
送出した人工衛星の位置・速度情報と共に、受信信号の
位相、トップラーシフトの測定により航法支援用の人工
衛星と専用の受信機を搭載した利用者との間の相対距
離、速度情報を取得し、航法演算装置にて、これらの情
報を処理することにより利用者の絶対位置、速度の決定
を行う航法装置において、上記航法演算装置内の状態量
伝播部において、利用者の運動を記述したダイナミクス
モデルにより伝播された利用者絶対位置・速度の予測誤
差を、GDOP（Geometric Dilutric of Precision）とは
反比例関係にある、航法用に選択された４個の航法支援
用の人工衛星位置、利用者位置をその頂点とする四面錐
の体積をもって、航法用に選択された４個の航法支援用
の人工衛星と利用者との幾何学的な関係と、そのときの
航法精度との関係を示すパラメータとなし、この値に基
づき決定された伝播誤差修正用のゲインを用い、カルマ
ンフィルタ型の情報処理機構を使用することにより定期
的に修正し、利用者の絶対位置、速度を実時間処理によ
り決定することを特徴とする航法装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63129006A JPH089360B2 (ja) | 1988-05-26 | 1988-05-26 | 航法装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63129006A JPH089360B2 (ja) | 1988-05-26 | 1988-05-26 | 航法装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01297400A JPH01297400A (ja) | 1989-11-30 |
| JPH089360B2 true JPH089360B2 (ja) | 1996-01-31 |
Family
ID=14998825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63129006A Expired - Fee Related JPH089360B2 (ja) | 1988-05-26 | 1988-05-26 | 航法装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH089360B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3426851C1 (de) * | 1984-07-20 | 1985-10-17 | Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V., 5300 Bonn | Satelliten-Navigationssystem |
-
1988
- 1988-05-26 JP JP63129006A patent/JPH089360B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01297400A (ja) | 1989-11-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |