全地球航法衛星受信機における解決遅延の制御
【課題】解決遅延の問題を解決する方法および装置を提供すること。
【解決手段】受信した衛星航法信号と受信した非衛星信号とに基づいて位置を算出する衛星測位装置を開示する。ローカル・クロックが衛星信号プロセッサのエポック区間を制御する。衛星信号プロセッサと非衛星信号プロセッサをよりよく同期させるために、ローカル・クロックに補正信号を適用する。
【解決手段】受信した衛星航法信号と受信した非衛星信号とに基づいて位置を算出する衛星測位装置を開示する。ローカル・クロックが衛星信号プロセッサのエポック区間を制御する。衛星信号プロセッサと非衛星信号プロセッサをよりよく同期させるために、ローカル・クロックに補正信号を適用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に衛星航法システムに関し、より詳細には、衛星航法システムにおける解決遅延の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＮＳＳ（全地球航法衛星システム）（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ）は、よく知られ、測位／時間に関連する様々な課題の解決に用いられる。そのようなシステムでよく知られている２つが、米国のＧＰＳ（全地球測位システム）（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）とロシアのＧＬＯＮＡＳＳ（全地球航法衛星システム）（ＧＬＯｂａｌ ＮＡｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）である。本明細書では主にＧＰＳシステムを参照するが、本明細書の内容がＧＬＯＮＡＳＳや他のＧＮＳＳシステムにも等しく当てはまることを理解されたい。
【０００３】
近年は、測量業界や建設業界でのＧＰＳ受信機の利用がめざましく進んでいる。測量用途では、ＧＰＳは主に、地上の点の位置を確定するために使用される。ＧＰＳ受信機はまた、機械制御にも利用され、建設機械の制御にＧＰＳ位置情報が用いられる。たとえば、ＧＰＳ測位情報を用いて、ブルドーザのブレードを動的に制御することができる。ＧＰＳ測位を測量や機械制御に利用することには、応答性、信頼性、自律性、全天候動作など、多くの利点がある。
【０００４】
ＧＰＳ測位の精度は、他のソースの測位情報をＧＰＳ測位受信機に組み込むことにより、向上してきた。このような他のソースは、測位解の精度を上げることのできる付加的な測位情報を提供する。そのような組み込みの一例が航空機産業に見られる。そこでは、ＧＰＳ受信機に慣性センサを組み込むことが一般的になっている。そのような組み込みを行う理由の１つは、慣性センサは短期誤差が小さく、長期誤差が大きいのに対し、ＧＰＳ受信機は短期誤差が大きく、長期誤差が小さいことにある。ＧＰＳ受信機に慣性センサを組み込むと補完が行われ、組み合わせた装置は短期誤差も長期誤差も小さくなる。これによって測位確定の精度が向上する。
【０００５】
慣性センサの代表例は、加速度計とジャイロである。加速度計は加速度を測定し、ジャイロは角速度を測定する。代表的な組み込み手法の１つは、３つの加速度計と３つのジャイロからなるＩＭＵ（慣性計測装置）（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）を備えることである。各３つ組のセンサは、互いに垂直な方向を向いている。センサ信号は、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）によってデジタイズされ、ＧＰＳ受信機に渡されてＧＰＳデータと結合される。
【０００６】
ＩＭＵとＧＰＳの一体型システムの重要な要件は、ＧＰＳデータとＩＭＵデータの時間同期である。言い換えると、それぞれのシステムで生成されたデータは、時間の基準点が同じでなければならない。そうでないと、取得される最終的な測位結果の精度が低くなるため、２つのシステムを一体化する利点が少なくなる。前述のタイプのＩＭＵでは、同期は、一般に次のようにして実現される。ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ受信機内でローカル・クロック信号によって定義される周期的な時点（本明細書ではエポックと呼ぶ）で、位置情報を計算する。このローカル・クロック信号は、高精度の水晶発振器を用いて形成される。ＧＰＳ受信機は、このローカル・クロック信号をＩＭＵに出力する。ＩＭＵは、このローカル・クロック信号に応答して、ＩＭＵデータをＧＰＳ受信機に出力する。ＧＰＳクロック信号を用いてＩＭＵのデータ生成のタイミングを制御することによって、ＩＭＵとＧＰＳを同期させることができる。
【０００７】
測位情報や幾何情報のソースには、同期させることがあまり容易でないものがある。たとえば、測位情報や幾何情報を提供する装置には、データ生成時点をＧＰＳクロック信号で厳密に制御できないものが存在する。そのような装置の１つが、付加的な測位情報や幾何情報を確定するために使用されることのある回転レーザ・システムである。そのようなシステムについては、米国特許出願公開第２００４／０１２５３６５ Ａ１号（「Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ」、２００４年７月１日公開）で詳細に説明されている。そのような回転レーザ・システムは、一般に、位置が固定されている回転レーザと、ＧＰＳ受信機と同じ場所にある光検知器とを含む。この光検知器は、周期的に回転レーザ・ビームを検知し、レーザの受信に基づいて（すなわち、レーザ・ビームが検知器の光電セルに当たったときに）信号を生成する。この信号は、光検知器と送信機の間の仰角など、付加的な測位情報や幾何情報を提供するために、様々な手法で処理できる。仰角がわかれば、その角の正接と距離を掛け合わせることにより、送信機と光検知器の高度差を計算できる。距離は、レーザ検知器と同一筐体で一体化されたＧＰＳ受信機によって計算される。仰角の測定は小さなレンジでは非常に精度が高いので、高い精度で高度を推定できる。そのような手法については、上記に参照した米国特許出願公開第２００４／０１２５３６５ Ａ１号で詳細に説明されている。それらの手法の詳細は、本発明に関しては重要ではない。重要なのは、ＧＰＳクロック信号を光検知器に供給しても光検知器のデータ生成をＧＰＳシステムに同期させることができない点である。光検知器のデータ生成のタイミングは、レーザ・ビームが光検知器の光電セルに当たった時点によって決まる。そのような時点は、回転レーザ送信機の角速度（および光検知器の力学（たとえば、動いていればその動き））に依存するため、光検知器が受信するクロック信号では制御できない。
【０００８】
上記の同期の問題は、位置計算の精度低下につながる。ＧＰＳ位置計算を実行するエポック時刻に光検知器から入手できる仰角データは、そのエポック時よりいくらか過去の時点のものである。仰角はその過去の時点から変化している可能性が高く、その古くなった仰角データを用いると、位置計算に誤差が入り込む。言い換えると、仰角が計算される時点と、その仰角がＧＰＳデータとともに実際に用いられて位置が求められる時点との間には遅延がある。このような解決遅延は、測位精度の低下につながる。
【０００９】
この問題に対する既知の解決法の１つは、仰角データを外挿して、測位を確定するエポック時刻の仰角を推定することである。これは、過去の時点に計算された仰角を用いる場合より改善が見られるが、依然として有意の外挿誤差があり、これによって位置確定の精度が低下する。ブルドーザのブレードの制御のような動的機械制御用途では、そのように精度が低下すると、システム全体の有効性に深刻な影響が生じる。
【００１０】
解決遅延の問題を、仰角を計算する回転レーザ・システムとの関連で説明したが、当業者であれば、測位情報の非衛星ソースをＧＰＳシステムに組み込んだ場合において、ＧＰＳ受信機からのクロック信号を用いてもその非衛星ソースを容易に同期させることができない状況には常に遅延の問題が存在することを理解されよう。
そこで、上記の解決遅延の問題を解決することが求められている。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０１２５３６５ Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、解決遅延の問題を解決する方法および装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一実施形態では、ローカル・クロックを有する衛星測位装置を、非衛星装置から受信した信号に同期させる方法および装置を提供する。衛星測位装置のローカル・クロックは、この装置のエポック区間を制御する。クロック補正量は、非衛星信号の受信時刻に、少なくとも部分的に基づいて計算される。この計算されたクロック補正量は、エポック時刻と非衛星信号の受信時刻とをよりよく同期させるために、ローカル・クロックに適用される。クロック補正量は、非衛星信号を受信するたびに計算できる。
【００１３】
有利な一実施形態では、非衛星信号を回転レーザ送信機から発生させる。
【００１４】
本発明のこれらの利点や他の利点については、当業者であれば、以下の詳細な説明と添付図面を参照することにより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を有利に適用できる一システムを示す図である。
【図２】本発明を有利に適用できる別のシステムを示す図である。
【図３】同期の問題を例示し、同期していない２つの時間尺度を示す図である。
【図４】仰角の外挿の例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に従って構成された装置の高レベル・ブロック図である。
【図６】図５で示した装置の動作中に実行される工程を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を有利に適用できる一システムを図１に示す。このシステムは、回転照射により扇形ビームを投射する回転レーザ装置２７と、その扇形ビームを受信する光検知センサ装置２８とを備える。
【００１７】
三脚台２９が、既知点Ｘにほぼ位置合わせされて設置され、回転レーザ装置２７が三脚台２９の上に装着される。回転レーザ装置２７は、主ユニット３１と、主ユニット３１に回転自在に装着される回転子３２とを含む。レーザ・ビーム３３は、回転子３２から回転照射によって投射される。光検知センサ装置２８は、所定の支持手段によって支持される。図１は、この装置の、現場での動作の様子を示している。光検知センサ装置２８は、棒３４に取り付けられ、作業者が手動で移動させることができる。棒３４の上端には、ＧＰＳ位置測定装置３０が設けられる。ＧＰＳ位置測定装置３０を用いることにより、航法衛星からの信号に基づいて、地上の絶対位置を測定できる。
【００１８】
レーザ・ビーム３３は、垂直方向の複数の扇形レーザ・ビーム３３ａおよび３３ｂと、この扇形ビーム３３ａおよび３３ｂに対して角度θで対角線状に傾斜した扇形ビーム３３ｃとからなり、Ｎ字の形状を形成する。また、レーザ・ビーム３３ａおよび３３ｂは、それぞれ、開度角αで±δ方向に投射される。
【００１９】
本発明を有利に適用できる別のシステムを図２に示す。図２では、光検知センサ装置２８が建設機械の作業器具（たとえば、ブルドーザ１７のブレード１８）に固定される。装着ポール１９がブレード１８の上に立てられ、装着ポール１９に光検知センサ装置２８が装着される。ＧＰＳ位置測定装置３０は装着ポール１９の上端に取り付けられる。ブルドーザ１７は、ブレード１９の動作を制御するコンピュータなどの掘削動作制御ユニット（図示せず）を備える。
【００２０】
図１および図２のいずれのシステムでも、光検知センサ装置は、扇形ビームを受信する光検知ユニットと、光検知ユニットが光ビームを受信したときに生成する光検知信号に基づいて回転レーザ装置に対する仰角を計算する演算ユニットとを備える。光検知センサ装置で生成された仰角を、ＧＰＳ位置測定装置と併せて用いると、位置確定作業の精度を上げることができる。
【００２１】
本明細書で図１および図２と併せて説明したタイプの回転レーザ・システムの動作については、米国特許出願公開第２００４／０１２５３６５ Ａ１号（「Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ」、２００４年７月１日公開）でより詳細に説明されている。そのような詳細は、本発明を理解する上で必要ではないので、本明細書ではこれ以上説明しない。
【００２２】
背景技術のところで述べたように、位置情報や幾何情報の非衛星ソースから情報を取り込む際に起こる問題の１つが、解決遅延の問題である。この問題について、図３と併せて詳細に説明する。図３は、前述した同期の問題を例示したものである。
【００２３】
図３には、同期していない２つの時間尺度が示されている。実線の信号パルス（たとえば、信号パルス１０２）は、ＧＰＳ受信機のローカル・クロックから生成された、等間隔の正確な信号パルスを表す。これらは、ＧＰＳ受信機のエポック時刻を定義するパルスである。破線の信号パルス（たとえば、信号パルス１０４）は、レーザ・ビームが光検知センサ装置によって検知され、仰角が計算される時点を表す。これらのパルスを、本明細書ではイベント・パルスとも呼ぶ。図３では、回転レーザの周期とＧＰＳローカル・クロック・パルスの周期がほとんど同じであると仮定している。図３で１０６として示される遅延（解決遅延）は、（時間パルス１０４における）仰角の計算の時点からＧＰＳエポック時刻１０２までの遅延時間を表す。位置確定の精度を上げるために仰角を用いることができるのは、ＧＰＳユニットがＧＰＳ位置を計算する、時点１０２においてである。しかしながら、時点１０２では、時点１０４で計算された仰角は古い測定結果である（間隔１０６だけ遅れている）。時間尺度の性質上、現在のエポック・パルスに対する最後のイベント・パルスの遅延は、０からイベント・パルス間隔の範囲で連続的に変動することに注意されたい。
【００２４】
従来技術のシステムでは、この遅延の問題は、レーザ仰角を現在のエポック時刻に外挿することによって処理される。この外挿の手法を図４に示す。図４では、線１３０が、移動ユニットの実際の仰角の時間推移を表している。仰角が変動するのは、たとえば、光検知センサ装置が、図２に示すように建設機械に装着されているためである。縦の破線４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、および４０２ｄは、イベント・パルス（図３の１０４）を表す。これらは、回転レーザ・ビームが光検知センサ装置に当たった時点である。したがって、正確な仰角は次のように計算される。イベント・パルス４０２ａの時点では仰角４０４ａが計算され、イベント・パルス４０２ｂの時点では仰角４０４ｂが計算され、イベント・パルス４０２ｃの時点では仰角４０４ｃが計算され、イベント・パルス４０２ｄの時点では仰角４０４ｄが計算される。時点１３７は、ＧＰＳユニットのローカル・クロックで制御されるＧＰＳエポック時刻を表す。この時点で、ＧＰＳ位置計算が行われる。前述したように、仰角情報を用いてＧＰＳ位置計算の精度を上げることが好ましい。しかしながら、時点１３７での最新の仰角情報４０４ｃは、時点４０２ｃで計算されたものである。そこには、１２０で示される遅延が存在する。この遅延誤差を低減する方法の１つは、仰角計算を時点１３７に外挿することである。このような外挿には、仰角の変化の数学モデルが必要である。このような外挿には、図４に示した、３つの点４０４ａ、４０４ｂ、および４０４ｃに対する放物線状の外挿１４０のように、多項式モデルを用いるのが一般的である。ただし、仰角の実際の変化はランダムであるため、この代数モデルは効果的ではなく、外挿誤差１５０が発生する。この外挿誤差により、仰角データとＧＰＳ位置データの複合化の効果は低下する。
【００２５】
本発明は、ＧＰＳ位置データの生成を、仰角データの生成とよりよく同期させることによって、外挿誤差を低減する。
【００２６】
図５は、本発明の一実施形態に従って構成された装置５００の高レベル・ブロック図である。このブロック図は、装置５００の高レベルの動作および構成を説明するものであることに注意されたい。当業者であれば、いくつかのブロックがハードウェア・コンポーネントを表し、他のブロックが何らかの機能や動作を表していることを容易に理解されるであろう。その機能や動作は、ハードウェア回路、プロセッサで実行されるソフトウェア命令、ファームウェア、またはハードウェアとソフトウェアの何らかの組み合わせで実行できる。当業者が本明細書の説明を読めば、ハードウェアとソフトウェアのよく知られた様々な組み合わせを用いて、説明された機能を実装することができよう。したがって、本明細書で説明する機能の実装の細部については、当業者であれば容易に察せられるであろうことから、詳細な説明を省くこととする。
【００２７】
装置５００は、衛星信号を受信し、その衛星信号を衛星信号プロセッサ５０８に供給する衛星アンテナ５０２を備える。衛星信号プロセッサ５０８は、後で詳述するように、衛星信号を処理し、ＧＰＳ位置を計算し、ローカル・クロック５１８を制御する。ローカル・クロック５１８は、衛星信号プロセッサでのＧＰＳ信号の処理に使用するエポック信号とローカル時刻を発生させる。
【００２８】
装置５００はさらに、回転レーザ・ビームを検知し、受信したレーザ・ビームを表す信号をレーザ信号プロセッサ５２０に供給するレーザ検知器５０４を備える。レーザ信号プロセッサ５２０は、前述したように仰角を外挿するために、レーザ検知器５０４から受け取った信号を処理する。
【００２９】
レーザ検知器５０４は、前述したように、レーザ検知器５０４がレーザ・ビームを受信した時点を示すタイミング信号であるイベント信号５０６を出力する。このイベント信号５０６は、時間差モジュール５１４に供給される。時間差モジュール５１４はさらに、ローカル・クロック５１８からエポック信号５１６を受け取る。時間差モジュール５１４は、受信した信号に基づいてクロック補正量を計算する。このクロック補正量は、ＧＰＳエポック信号とレーザ検知器イベント信号をよりよく同期させるために、ローカル・クロック５１８に適用される。この改善された同期により、外挿誤差が低減される。
【００３０】
図５に示した装置の動作のさらなる詳細を、図６のフロー図を参照して説明する。当業者であれば、図６に示し、本明細書で説明する工程を、ハードウェアとソフトウェアの様々な構成を用いて実現できることを理解されよう。たとえば、一実施形態では、この工程は、コンピュータ・プログラム命令を実行する１つまたは複数のプロセッサで実行できる。
【００３１】
図６に示した工程の処理は、６０１で示されるように、レーザ・ビーム信号を受信したことを示すイベント信号をレーザ検知器５０４から受信した後、ただちに開始される。ステップ６０２では、ローカル時刻ｔを算出する。ローカル・クロック５１８は、計数に基づいてローカル時刻を追跡するためのローカル水晶発振器を含む。次に、工程６０４では、ローカル時刻ｔを基準とするイベント信号の時刻すなわちイベント時刻（Ｔｅｖｅｎｔ）を算出する。工程６０６では、ＧＰＳ時刻とローカル時刻ｔの間のオフセット（Ｔｏｆｆｓｅｔ）を算出する。ＧＰＳ時刻は、衛星に搭載されている原子時計によって制御される、衛星システムの時間尺度である。ＧＰＳ時刻とローカル時刻の間のオフセットを、衛星信号プロセッサ５０８内での衛星信号の処理の結果として算出する。この計算は、少なくとも４つの衛星からの擬似距離の処理に基づくもので、よく知られたＧＮＳＳ手法である。
【００３２】
次に、工程６０８では、工程６０６で算出したＴｏｆｆｓｅｔがゼロより大きいかどうかを判別する。ゼロより大きければ、工程６１０で、エポック区間（Ｔｅｐｏｃｈ）の半分をＴｏｆｆｓｅｔに加算する。工程６０６で算出したＴｏｆｆｓｅｔがゼロ以下である場合は、工程６１２で、エポック区間（Ｔｅｐｏｃｈ）の半分をＴｏｆｆｓｅｔから減算する。この、エポック間隔の半分を足したり引いたりする手法は、ＧＰＳ時刻とローカル・クロック時刻の間の時間オフセットの平均値がゼロになることを証明する。工程６１０または６１２の後、工程６１４で、次式によってローカル・クロック補正量を算出する。
【００３３】
【数１】
【００３４】
工程６１４で算出した補正量Ｔｃｏｒｒを、工程６１６で、ローカル・クロック５１８に適用してローカル時刻を調整する。レーザ検知器５０４がレーザ・ビーム信号を受信したことを示すイベント信号５０６をレーザ検知器５０４から受け取るたびに、図６に示した工程を繰り返す。本発明には他の様々な実施形態がありうるが、一実施形態では、工程６０６を衛星信号プロセッサ５０８で実施し、それ以外の工程を時間差モジュール５１４およびローカル・クロック５１８で実施する。
【００３５】
図６と併せて説明した方法により、ローカル・クロック５１８は、イベント時刻とエポック時刻がより密接に同期するように調整される。結果として、レーザ検知器５０４からレーザ信号プロセッサ５２０に供給された仰角データ５２２は、衛星信号プロセッサ５０８がＧＰＳ位置を算出する時点と非常に近い時点の仰角データとなる。これにより、レーザ信号プロセッサ５２０による仰角計算の外挿誤差が小さくなる。ＧＰＳ位置５２４と仰角５２６は、組み込みモジュール５１２に供給される。ＧＰＳ位置と仰角は実質的に同期して算出されるため、両データを利用した位置算出結果は、従来技術による場合より精度が高くなる。
【００３６】
上記の「発明を実施するための最良の形態」の記述は、あらゆる点で例示的であって、制限的ではないことを理解されたい。本明細書で開示した本発明の範囲は、「発明を実施するための最良の形態」の記述から決定されるものではなく、特許法で許容される最大範囲に従って解釈される特許請求項から決定される。本明細書で提示および説明した実施形態は本発明の原理を例示したものに過ぎず、当業者であれば、本発明の範囲および趣旨を逸脱することなく種々の修正が可能であることを理解されたい。たとえば、上記の実施形態は主に、ＧＰＳデータを補強するために用いる非衛星信号が回転Ｎ字形状レーザからのものである実施態様に焦点を当てているが、この非衛星信号は、ＧＰＳデータと併用して位置算出を補強できる信号であればどのようなタイプの信号であってもよい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に衛星航法システムに関し、より詳細には、衛星航法システムにおける解決遅延の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＮＳＳ（全地球航法衛星システム）（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ）は、よく知られ、測位／時間に関連する様々な課題の解決に用いられる。そのようなシステムでよく知られている２つが、米国のＧＰＳ（全地球測位システム）（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）とロシアのＧＬＯＮＡＳＳ（全地球航法衛星システム）（ＧＬＯｂａｌ ＮＡｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）である。本明細書では主にＧＰＳシステムを参照するが、本明細書の内容がＧＬＯＮＡＳＳや他のＧＮＳＳシステムにも等しく当てはまることを理解されたい。
【０００３】
近年は、測量業界や建設業界でのＧＰＳ受信機の利用がめざましく進んでいる。測量用途では、ＧＰＳは主に、地上の点の位置を確定するために使用される。ＧＰＳ受信機はまた、機械制御にも利用され、建設機械の制御にＧＰＳ位置情報が用いられる。たとえば、ＧＰＳ測位情報を用いて、ブルドーザのブレードを動的に制御することができる。ＧＰＳ測位を測量や機械制御に利用することには、応答性、信頼性、自律性、全天候動作など、多くの利点がある。
【０００４】
ＧＰＳ測位の精度は、他のソースの測位情報をＧＰＳ測位受信機に組み込むことにより、向上してきた。このような他のソースは、測位解の精度を上げることのできる付加的な測位情報を提供する。そのような組み込みの一例が航空機産業に見られる。そこでは、ＧＰＳ受信機に慣性センサを組み込むことが一般的になっている。そのような組み込みを行う理由の１つは、慣性センサは短期誤差が小さく、長期誤差が大きいのに対し、ＧＰＳ受信機は短期誤差が大きく、長期誤差が小さいことにある。ＧＰＳ受信機に慣性センサを組み込むと補完が行われ、組み合わせた装置は短期誤差も長期誤差も小さくなる。これによって測位確定の精度が向上する。
【０００５】
慣性センサの代表例は、加速度計とジャイロである。加速度計は加速度を測定し、ジャイロは角速度を測定する。代表的な組み込み手法の１つは、３つの加速度計と３つのジャイロからなるＩＭＵ（慣性計測装置）（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）を備えることである。各３つ組のセンサは、互いに垂直な方向を向いている。センサ信号は、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）によってデジタイズされ、ＧＰＳ受信機に渡されてＧＰＳデータと結合される。
【０００６】
ＩＭＵとＧＰＳの一体型システムの重要な要件は、ＧＰＳデータとＩＭＵデータの時間同期である。言い換えると、それぞれのシステムで生成されたデータは、時間の基準点が同じでなければならない。そうでないと、取得される最終的な測位結果の精度が低くなるため、２つのシステムを一体化する利点が少なくなる。前述のタイプのＩＭＵでは、同期は、一般に次のようにして実現される。ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ受信機内でローカル・クロック信号によって定義される周期的な時点（本明細書ではエポックと呼ぶ）で、位置情報を計算する。このローカル・クロック信号は、高精度の水晶発振器を用いて形成される。ＧＰＳ受信機は、このローカル・クロック信号をＩＭＵに出力する。ＩＭＵは、このローカル・クロック信号に応答して、ＩＭＵデータをＧＰＳ受信機に出力する。ＧＰＳクロック信号を用いてＩＭＵのデータ生成のタイミングを制御することによって、ＩＭＵとＧＰＳを同期させることができる。
【０００７】
測位情報や幾何情報のソースには、同期させることがあまり容易でないものがある。たとえば、測位情報や幾何情報を提供する装置には、データ生成時点をＧＰＳクロック信号で厳密に制御できないものが存在する。そのような装置の１つが、付加的な測位情報や幾何情報を確定するために使用されることのある回転レーザ・システムである。そのようなシステムについては、米国特許出願公開第２００４／０１２５３６５ Ａ１号（「Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ」、２００４年７月１日公開）で詳細に説明されている。そのような回転レーザ・システムは、一般に、位置が固定されている回転レーザと、ＧＰＳ受信機と同じ場所にある光検知器とを含む。この光検知器は、周期的に回転レーザ・ビームを検知し、レーザの受信に基づいて（すなわち、レーザ・ビームが検知器の光電セルに当たったときに）信号を生成する。この信号は、光検知器と送信機の間の仰角など、付加的な測位情報や幾何情報を提供するために、様々な手法で処理できる。仰角がわかれば、その角の正接と距離を掛け合わせることにより、送信機と光検知器の高度差を計算できる。距離は、レーザ検知器と同一筐体で一体化されたＧＰＳ受信機によって計算される。仰角の測定は小さなレンジでは非常に精度が高いので、高い精度で高度を推定できる。そのような手法については、上記に参照した米国特許出願公開第２００４／０１２５３６５ Ａ１号で詳細に説明されている。それらの手法の詳細は、本発明に関しては重要ではない。重要なのは、ＧＰＳクロック信号を光検知器に供給しても光検知器のデータ生成をＧＰＳシステムに同期させることができない点である。光検知器のデータ生成のタイミングは、レーザ・ビームが光検知器の光電セルに当たった時点によって決まる。そのような時点は、回転レーザ送信機の角速度（および光検知器の力学（たとえば、動いていればその動き））に依存するため、光検知器が受信するクロック信号では制御できない。
【０００８】
上記の同期の問題は、位置計算の精度低下につながる。ＧＰＳ位置計算を実行するエポック時刻に光検知器から入手できる仰角データは、そのエポック時よりいくらか過去の時点のものである。仰角はその過去の時点から変化している可能性が高く、その古くなった仰角データを用いると、位置計算に誤差が入り込む。言い換えると、仰角が計算される時点と、その仰角がＧＰＳデータとともに実際に用いられて位置が求められる時点との間には遅延がある。このような解決遅延は、測位精度の低下につながる。
【０００９】
この問題に対する既知の解決法の１つは、仰角データを外挿して、測位を確定するエポック時刻の仰角を推定することである。これは、過去の時点に計算された仰角を用いる場合より改善が見られるが、依然として有意の外挿誤差があり、これによって位置確定の精度が低下する。ブルドーザのブレードの制御のような動的機械制御用途では、そのように精度が低下すると、システム全体の有効性に深刻な影響が生じる。
【００１０】
解決遅延の問題を、仰角を計算する回転レーザ・システムとの関連で説明したが、当業者であれば、測位情報の非衛星ソースをＧＰＳシステムに組み込んだ場合において、ＧＰＳ受信機からのクロック信号を用いてもその非衛星ソースを容易に同期させることができない状況には常に遅延の問題が存在することを理解されよう。
そこで、上記の解決遅延の問題を解決することが求められている。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０１２５３６５ Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、解決遅延の問題を解決する方法および装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一実施形態では、ローカル・クロックを有する衛星測位装置を、非衛星装置から受信した信号に同期させる方法および装置を提供する。衛星測位装置のローカル・クロックは、この装置のエポック区間を制御する。クロック補正量は、非衛星信号の受信時刻に、少なくとも部分的に基づいて計算される。この計算されたクロック補正量は、エポック時刻と非衛星信号の受信時刻とをよりよく同期させるために、ローカル・クロックに適用される。クロック補正量は、非衛星信号を受信するたびに計算できる。
【００１３】
有利な一実施形態では、非衛星信号を回転レーザ送信機から発生させる。
【００１４】
本発明のこれらの利点や他の利点については、当業者であれば、以下の詳細な説明と添付図面を参照することにより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を有利に適用できる一システムを示す図である。
【図２】本発明を有利に適用できる別のシステムを示す図である。
【図３】同期の問題を例示し、同期していない２つの時間尺度を示す図である。
【図４】仰角の外挿の例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に従って構成された装置の高レベル・ブロック図である。
【図６】図５で示した装置の動作中に実行される工程を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を有利に適用できる一システムを図１に示す。このシステムは、回転照射により扇形ビームを投射する回転レーザ装置２７と、その扇形ビームを受信する光検知センサ装置２８とを備える。
【００１７】
三脚台２９が、既知点Ｘにほぼ位置合わせされて設置され、回転レーザ装置２７が三脚台２９の上に装着される。回転レーザ装置２７は、主ユニット３１と、主ユニット３１に回転自在に装着される回転子３２とを含む。レーザ・ビーム３３は、回転子３２から回転照射によって投射される。光検知センサ装置２８は、所定の支持手段によって支持される。図１は、この装置の、現場での動作の様子を示している。光検知センサ装置２８は、棒３４に取り付けられ、作業者が手動で移動させることができる。棒３４の上端には、ＧＰＳ位置測定装置３０が設けられる。ＧＰＳ位置測定装置３０を用いることにより、航法衛星からの信号に基づいて、地上の絶対位置を測定できる。
【００１８】
レーザ・ビーム３３は、垂直方向の複数の扇形レーザ・ビーム３３ａおよび３３ｂと、この扇形ビーム３３ａおよび３３ｂに対して角度θで対角線状に傾斜した扇形ビーム３３ｃとからなり、Ｎ字の形状を形成する。また、レーザ・ビーム３３ａおよび３３ｂは、それぞれ、開度角αで±δ方向に投射される。
【００１９】
本発明を有利に適用できる別のシステムを図２に示す。図２では、光検知センサ装置２８が建設機械の作業器具（たとえば、ブルドーザ１７のブレード１８）に固定される。装着ポール１９がブレード１８の上に立てられ、装着ポール１９に光検知センサ装置２８が装着される。ＧＰＳ位置測定装置３０は装着ポール１９の上端に取り付けられる。ブルドーザ１７は、ブレード１９の動作を制御するコンピュータなどの掘削動作制御ユニット（図示せず）を備える。
【００２０】
図１および図２のいずれのシステムでも、光検知センサ装置は、扇形ビームを受信する光検知ユニットと、光検知ユニットが光ビームを受信したときに生成する光検知信号に基づいて回転レーザ装置に対する仰角を計算する演算ユニットとを備える。光検知センサ装置で生成された仰角を、ＧＰＳ位置測定装置と併せて用いると、位置確定作業の精度を上げることができる。
【００２１】
本明細書で図１および図２と併せて説明したタイプの回転レーザ・システムの動作については、米国特許出願公開第２００４／０１２５３６５ Ａ１号（「Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ」、２００４年７月１日公開）でより詳細に説明されている。そのような詳細は、本発明を理解する上で必要ではないので、本明細書ではこれ以上説明しない。
【００２２】
背景技術のところで述べたように、位置情報や幾何情報の非衛星ソースから情報を取り込む際に起こる問題の１つが、解決遅延の問題である。この問題について、図３と併せて詳細に説明する。図３は、前述した同期の問題を例示したものである。
【００２３】
図３には、同期していない２つの時間尺度が示されている。実線の信号パルス（たとえば、信号パルス１０２）は、ＧＰＳ受信機のローカル・クロックから生成された、等間隔の正確な信号パルスを表す。これらは、ＧＰＳ受信機のエポック時刻を定義するパルスである。破線の信号パルス（たとえば、信号パルス１０４）は、レーザ・ビームが光検知センサ装置によって検知され、仰角が計算される時点を表す。これらのパルスを、本明細書ではイベント・パルスとも呼ぶ。図３では、回転レーザの周期とＧＰＳローカル・クロック・パルスの周期がほとんど同じであると仮定している。図３で１０６として示される遅延（解決遅延）は、（時間パルス１０４における）仰角の計算の時点からＧＰＳエポック時刻１０２までの遅延時間を表す。位置確定の精度を上げるために仰角を用いることができるのは、ＧＰＳユニットがＧＰＳ位置を計算する、時点１０２においてである。しかしながら、時点１０２では、時点１０４で計算された仰角は古い測定結果である（間隔１０６だけ遅れている）。時間尺度の性質上、現在のエポック・パルスに対する最後のイベント・パルスの遅延は、０からイベント・パルス間隔の範囲で連続的に変動することに注意されたい。
【００２４】
従来技術のシステムでは、この遅延の問題は、レーザ仰角を現在のエポック時刻に外挿することによって処理される。この外挿の手法を図４に示す。図４では、線１３０が、移動ユニットの実際の仰角の時間推移を表している。仰角が変動するのは、たとえば、光検知センサ装置が、図２に示すように建設機械に装着されているためである。縦の破線４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、および４０２ｄは、イベント・パルス（図３の１０４）を表す。これらは、回転レーザ・ビームが光検知センサ装置に当たった時点である。したがって、正確な仰角は次のように計算される。イベント・パルス４０２ａの時点では仰角４０４ａが計算され、イベント・パルス４０２ｂの時点では仰角４０４ｂが計算され、イベント・パルス４０２ｃの時点では仰角４０４ｃが計算され、イベント・パルス４０２ｄの時点では仰角４０４ｄが計算される。時点１３７は、ＧＰＳユニットのローカル・クロックで制御されるＧＰＳエポック時刻を表す。この時点で、ＧＰＳ位置計算が行われる。前述したように、仰角情報を用いてＧＰＳ位置計算の精度を上げることが好ましい。しかしながら、時点１３７での最新の仰角情報４０４ｃは、時点４０２ｃで計算されたものである。そこには、１２０で示される遅延が存在する。この遅延誤差を低減する方法の１つは、仰角計算を時点１３７に外挿することである。このような外挿には、仰角の変化の数学モデルが必要である。このような外挿には、図４に示した、３つの点４０４ａ、４０４ｂ、および４０４ｃに対する放物線状の外挿１４０のように、多項式モデルを用いるのが一般的である。ただし、仰角の実際の変化はランダムであるため、この代数モデルは効果的ではなく、外挿誤差１５０が発生する。この外挿誤差により、仰角データとＧＰＳ位置データの複合化の効果は低下する。
【００２５】
本発明は、ＧＰＳ位置データの生成を、仰角データの生成とよりよく同期させることによって、外挿誤差を低減する。
【００２６】
図５は、本発明の一実施形態に従って構成された装置５００の高レベル・ブロック図である。このブロック図は、装置５００の高レベルの動作および構成を説明するものであることに注意されたい。当業者であれば、いくつかのブロックがハードウェア・コンポーネントを表し、他のブロックが何らかの機能や動作を表していることを容易に理解されるであろう。その機能や動作は、ハードウェア回路、プロセッサで実行されるソフトウェア命令、ファームウェア、またはハードウェアとソフトウェアの何らかの組み合わせで実行できる。当業者が本明細書の説明を読めば、ハードウェアとソフトウェアのよく知られた様々な組み合わせを用いて、説明された機能を実装することができよう。したがって、本明細書で説明する機能の実装の細部については、当業者であれば容易に察せられるであろうことから、詳細な説明を省くこととする。
【００２７】
装置５００は、衛星信号を受信し、その衛星信号を衛星信号プロセッサ５０８に供給する衛星アンテナ５０２を備える。衛星信号プロセッサ５０８は、後で詳述するように、衛星信号を処理し、ＧＰＳ位置を計算し、ローカル・クロック５１８を制御する。ローカル・クロック５１８は、衛星信号プロセッサでのＧＰＳ信号の処理に使用するエポック信号とローカル時刻を発生させる。
【００２８】
装置５００はさらに、回転レーザ・ビームを検知し、受信したレーザ・ビームを表す信号をレーザ信号プロセッサ５２０に供給するレーザ検知器５０４を備える。レーザ信号プロセッサ５２０は、前述したように仰角を外挿するために、レーザ検知器５０４から受け取った信号を処理する。
【００２９】
レーザ検知器５０４は、前述したように、レーザ検知器５０４がレーザ・ビームを受信した時点を示すタイミング信号であるイベント信号５０６を出力する。このイベント信号５０６は、時間差モジュール５１４に供給される。時間差モジュール５１４はさらに、ローカル・クロック５１８からエポック信号５１６を受け取る。時間差モジュール５１４は、受信した信号に基づいてクロック補正量を計算する。このクロック補正量は、ＧＰＳエポック信号とレーザ検知器イベント信号をよりよく同期させるために、ローカル・クロック５１８に適用される。この改善された同期により、外挿誤差が低減される。
【００３０】
図５に示した装置の動作のさらなる詳細を、図６のフロー図を参照して説明する。当業者であれば、図６に示し、本明細書で説明する工程を、ハードウェアとソフトウェアの様々な構成を用いて実現できることを理解されよう。たとえば、一実施形態では、この工程は、コンピュータ・プログラム命令を実行する１つまたは複数のプロセッサで実行できる。
【００３１】
図６に示した工程の処理は、６０１で示されるように、レーザ・ビーム信号を受信したことを示すイベント信号をレーザ検知器５０４から受信した後、ただちに開始される。ステップ６０２では、ローカル時刻ｔを算出する。ローカル・クロック５１８は、計数に基づいてローカル時刻を追跡するためのローカル水晶発振器を含む。次に、工程６０４では、ローカル時刻ｔを基準とするイベント信号の時刻すなわちイベント時刻（Ｔｅｖｅｎｔ）を算出する。工程６０６では、ＧＰＳ時刻とローカル時刻ｔの間のオフセット（Ｔｏｆｆｓｅｔ）を算出する。ＧＰＳ時刻は、衛星に搭載されている原子時計によって制御される、衛星システムの時間尺度である。ＧＰＳ時刻とローカル時刻の間のオフセットを、衛星信号プロセッサ５０８内での衛星信号の処理の結果として算出する。この計算は、少なくとも４つの衛星からの擬似距離の処理に基づくもので、よく知られたＧＮＳＳ手法である。
【００３２】
次に、工程６０８では、工程６０６で算出したＴｏｆｆｓｅｔがゼロより大きいかどうかを判別する。ゼロより大きければ、工程６１０で、エポック区間（Ｔｅｐｏｃｈ）の半分をＴｏｆｆｓｅｔに加算する。工程６０６で算出したＴｏｆｆｓｅｔがゼロ以下である場合は、工程６１２で、エポック区間（Ｔｅｐｏｃｈ）の半分をＴｏｆｆｓｅｔから減算する。この、エポック間隔の半分を足したり引いたりする手法は、ＧＰＳ時刻とローカル・クロック時刻の間の時間オフセットの平均値がゼロになることを証明する。工程６１０または６１２の後、工程６１４で、次式によってローカル・クロック補正量を算出する。
【００３３】
【数１】
【００３４】
工程６１４で算出した補正量Ｔｃｏｒｒを、工程６１６で、ローカル・クロック５１８に適用してローカル時刻を調整する。レーザ検知器５０４がレーザ・ビーム信号を受信したことを示すイベント信号５０６をレーザ検知器５０４から受け取るたびに、図６に示した工程を繰り返す。本発明には他の様々な実施形態がありうるが、一実施形態では、工程６０６を衛星信号プロセッサ５０８で実施し、それ以外の工程を時間差モジュール５１４およびローカル・クロック５１８で実施する。
【００３５】
図６と併せて説明した方法により、ローカル・クロック５１８は、イベント時刻とエポック時刻がより密接に同期するように調整される。結果として、レーザ検知器５０４からレーザ信号プロセッサ５２０に供給された仰角データ５２２は、衛星信号プロセッサ５０８がＧＰＳ位置を算出する時点と非常に近い時点の仰角データとなる。これにより、レーザ信号プロセッサ５２０による仰角計算の外挿誤差が小さくなる。ＧＰＳ位置５２４と仰角５２６は、組み込みモジュール５１２に供給される。ＧＰＳ位置と仰角は実質的に同期して算出されるため、両データを利用した位置算出結果は、従来技術による場合より精度が高くなる。
【００３６】
上記の「発明を実施するための最良の形態」の記述は、あらゆる点で例示的であって、制限的ではないことを理解されたい。本明細書で開示した本発明の範囲は、「発明を実施するための最良の形態」の記述から決定されるものではなく、特許法で許容される最大範囲に従って解釈される特許請求項から決定される。本明細書で提示および説明した実施形態は本発明の原理を例示したものに過ぎず、当業者であれば、本発明の範囲および趣旨を逸脱することなく種々の修正が可能であることを理解されたい。たとえば、上記の実施形態は主に、ＧＰＳデータを補強するために用いる非衛星信号が回転Ｎ字形状レーザからのものである実施態様に焦点を当てているが、この非衛星信号は、ＧＰＳデータと併用して位置算出を補強できる信号であればどのようなタイプの信号であってもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローカル・クロックを有する衛星測位装置を非衛星信号に同期させる方法であって、
ａ）第１の時刻に前記非衛星信号を受信する工程と、
ｂ）前記第１の時刻に少なくとも部分的に基づいてクロック補正量を算出する工程と、
ｃ）前記クロック補正量を衛星信号プロセッサのローカル・クロックに適用する工程とを含む方法。
【請求項２】
前記非衛星信号を受信するたびに前記工程ａ）からｃ）を繰り返す、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
クロック補正量を算出する前記工程がさらに、
ローカル時刻ｔを、前記ローカル・クロックに基づいて算出する工程と、
時刻Ｔｅｖｅｎｔを、ローカル時刻ｔを基準とする前記第１の時刻として算出する工程と、
時間オフセットＴｏｆｆｓｅｔを、衛星時刻とローカル時刻ｔの間のオフセットとして算出する工程と、
Ｔｏｆｆｓｅｔが０より大きい場合にエポック区間の半分をＴｏｆｆｓｅｔに加算する工程と、
Ｔｏｆｆｓｅｔが０以下である場合にエポック区間の半分をＴｏｆｆｓｅｔから減算する工程と、
クロック補正量Ｔｃｏｒｒを
【数１】
として算出する工程と、
前記クロック補正量Ｔｃｏｒｒを前記ローカル・クロックに適用する工程とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記非衛星信号が、回転レーザ送信機によって生成されたレーザ・ビームである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記回転レーザ送信機の区間が前記エポック区間と実質的に等しい、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記レーザ・ビームがＮ字形状である、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
ローカル・クロックと、
衛星信号を処理し、位置情報を生成する衛星信号プロセッサであって、前記処理のタイミング・エポックが前記ローカル・クロックに基づく衛星信号プロセッサと、
受信した非衛星信号を処理する非衛星信号プロセッサと、
前記非衛星信号を受信した時刻に少なくとも部分的に基づいてクロック補正信号を生成する時間差モジュールとを備えた衛星測位装置。
【請求項８】
前記非衛星信号プロセッサがレーザ信号プロセッサである、請求項７に記載の衛星測位装置。
【請求項９】
前記レーザ信号プロセッサに接続されたレーザ検知器をさらに備えた、請求項８に記載の衛星測位装置。
【請求項１０】
前記時間差モジュールが、
ローカル時刻ｔを、前記ローカル・クロックに基づいて算出する工程と、
時刻Ｔｅｖｅｎｔを、ローカル時刻ｔを基準とする、非衛星信号を受信した時刻として算出する工程と、
時間オフセットＴｏｆｆｓｅｔを、衛星時刻とローカル時刻ｔの間のオフセットとして算出する工程と、
Ｔｏｆｆｓｅｔが０より大きい場合にエポック区間の半分をＴｏｆｆｓｅｔに加算する工程と、
Ｔｏｆｆｓｅｔが０以下である場合にエポック区間の半分をＴｏｆｆｓｅｔから減算する工程と、
クロック補正量Ｔｃｏｒｒを
【数２】
として算出する工程とを実行することによってクロック補正信号を生成するように構成された、請求項７に記載の衛星測位装置。
【請求項１１】
衛星測位装置において用いられ、受け取った衛星信号と、少なくとも１つの受信した非衛星信号とに基づいて最終位置情報を生成する方法であって、
ローカル・クロックで定義される複数のエポックのそれぞれにおいて衛星位置情報を一定間隔で算出する工程と、
前記非衛星信号を受信した時刻で定義される複数のイベント時刻のそれぞれにおいて、前記非衛星信号に基づいて非衛星位置情報を一定間隔で算出する工程と、
前記衛星位置情報と前記非衛星位置情報とに基づいて最終位置情報を一定間隔で算出する工程と、
前記ローカル・クロックにクロック補正量を適用して、前記エポックと前記イベント時刻とをよりよく同期させる工程とを含む方法。
【請求項１２】
前記非衛星信号が、回転レーザ送信機から受信したレーザ信号である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記クロック補正量が、前記イベント時刻に少なくとも部分的に基づく、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
ローカル時刻ｔを、前記ローカル・クロックに基づいて算出する工程と、
時刻Ｔｅｖｅｎｔを、ローカル時刻ｔを基準とするイベント時刻として算出する工程と、
時間オフセットＴｏｆｆｓｅｔを、衛星時刻とローカル時刻ｔの間のオフセットとして算出する工程と、
Ｔｏｆｆｓｅｔが０より大きい場合にエポック区間の半分をＴｏｆｆｓｅｔに加算する工程と、
Ｔｏｆｆｓｅｔが０以下である場合にエポック区間の半分をＴｏｆｆｓｅｔから減算する工程と、
クロック補正量Ｔｃｏｒｒを
【数３】
として算出する工程とをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
ローカル・クロックと、
第１の時刻に非衛星信号を受信する手段と、
前記第１の時刻に少なくとも部分的に基づいてクロック補正量を算出する手段と、
前記クロック補正量を衛星信号プロセッサのローカル・クロックに適用する手段とを備えた衛星測位装置。
【請求項１６】
クロック補正量を算出する前記手段がさらに、
ローカル時刻ｔを、前記ローカル・クロックに基づいて算出する手段と、
時刻Ｔｅｖｅｎｔを、ローカル時刻ｔを基準とする前記第１の時刻として算出する手段と、
時間オフセットＴｏｆｆｓｅｔを、衛星時刻とローカル時刻ｔの間のオフセットとして算出する手段と、
Ｔｏｆｆｓｅｔが０より大きい場合にエポック区間の半分をＴｏｆｆｓｅｔに加算する手段と、
Ｔｏｆｆｓｅｔが０以下である場合にエポック区間の半分をＴｏｆｆｓｅｔから減算する手段と、
クロック補正量Ｔｃｏｒｒを
【数４】
として算出する手段と、
前記クロック補正量Ｔｃｏｒｒを前記ローカル・クロックに適用する手段とを含む、請求項１５に記載の衛星測位装置。
【請求項１７】
前記非衛星信号が、回転レーザ送信機によって生成されたレーザ・ビームである、請求項１５に記載の衛星測位装置。
【請求項１８】
前記レーザ・ビームがＮ字形状を有する、請求項１７に記載の衛星測位装置。
【請求項１】
ローカル・クロックを有する衛星測位装置を非衛星信号に同期させる方法であって、
ａ）第１の時刻に前記非衛星信号を受信する工程と、
ｂ）前記第１の時刻に少なくとも部分的に基づいてクロック補正量を算出する工程と、
ｃ）前記クロック補正量を衛星信号プロセッサのローカル・クロックに適用する工程とを含む方法。
【請求項２】
前記非衛星信号を受信するたびに前記工程ａ）からｃ）を繰り返す、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
クロック補正量を算出する前記工程がさらに、
ローカル時刻ｔを、前記ローカル・クロックに基づいて算出する工程と、
時刻Ｔｅｖｅｎｔを、ローカル時刻ｔを基準とする前記第１の時刻として算出する工程と、
時間オフセットＴｏｆｆｓｅｔを、衛星時刻とローカル時刻ｔの間のオフセットとして算出する工程と、
Ｔｏｆｆｓｅｔが０より大きい場合にエポック区間の半分をＴｏｆｆｓｅｔに加算する工程と、
Ｔｏｆｆｓｅｔが０以下である場合にエポック区間の半分をＴｏｆｆｓｅｔから減算する工程と、
クロック補正量Ｔｃｏｒｒを
【数１】
として算出する工程と、
前記クロック補正量Ｔｃｏｒｒを前記ローカル・クロックに適用する工程とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記非衛星信号が、回転レーザ送信機によって生成されたレーザ・ビームである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記回転レーザ送信機の区間が前記エポック区間と実質的に等しい、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記レーザ・ビームがＮ字形状である、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
ローカル・クロックと、
衛星信号を処理し、位置情報を生成する衛星信号プロセッサであって、前記処理のタイミング・エポックが前記ローカル・クロックに基づく衛星信号プロセッサと、
受信した非衛星信号を処理する非衛星信号プロセッサと、
前記非衛星信号を受信した時刻に少なくとも部分的に基づいてクロック補正信号を生成する時間差モジュールとを備えた衛星測位装置。
【請求項８】
前記非衛星信号プロセッサがレーザ信号プロセッサである、請求項７に記載の衛星測位装置。
【請求項９】
前記レーザ信号プロセッサに接続されたレーザ検知器をさらに備えた、請求項８に記載の衛星測位装置。
【請求項１０】
前記時間差モジュールが、
ローカル時刻ｔを、前記ローカル・クロックに基づいて算出する工程と、
時刻Ｔｅｖｅｎｔを、ローカル時刻ｔを基準とする、非衛星信号を受信した時刻として算出する工程と、
時間オフセットＴｏｆｆｓｅｔを、衛星時刻とローカル時刻ｔの間のオフセットとして算出する工程と、
Ｔｏｆｆｓｅｔが０より大きい場合にエポック区間の半分をＴｏｆｆｓｅｔに加算する工程と、
Ｔｏｆｆｓｅｔが０以下である場合にエポック区間の半分をＴｏｆｆｓｅｔから減算する工程と、
クロック補正量Ｔｃｏｒｒを
【数２】
として算出する工程とを実行することによってクロック補正信号を生成するように構成された、請求項７に記載の衛星測位装置。
【請求項１１】
衛星測位装置において用いられ、受け取った衛星信号と、少なくとも１つの受信した非衛星信号とに基づいて最終位置情報を生成する方法であって、
ローカル・クロックで定義される複数のエポックのそれぞれにおいて衛星位置情報を一定間隔で算出する工程と、
前記非衛星信号を受信した時刻で定義される複数のイベント時刻のそれぞれにおいて、前記非衛星信号に基づいて非衛星位置情報を一定間隔で算出する工程と、
前記衛星位置情報と前記非衛星位置情報とに基づいて最終位置情報を一定間隔で算出する工程と、
前記ローカル・クロックにクロック補正量を適用して、前記エポックと前記イベント時刻とをよりよく同期させる工程とを含む方法。
【請求項１２】
前記非衛星信号が、回転レーザ送信機から受信したレーザ信号である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記クロック補正量が、前記イベント時刻に少なくとも部分的に基づく、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
ローカル時刻ｔを、前記ローカル・クロックに基づいて算出する工程と、
時刻Ｔｅｖｅｎｔを、ローカル時刻ｔを基準とするイベント時刻として算出する工程と、
時間オフセットＴｏｆｆｓｅｔを、衛星時刻とローカル時刻ｔの間のオフセットとして算出する工程と、
Ｔｏｆｆｓｅｔが０より大きい場合にエポック区間の半分をＴｏｆｆｓｅｔに加算する工程と、
Ｔｏｆｆｓｅｔが０以下である場合にエポック区間の半分をＴｏｆｆｓｅｔから減算する工程と、
クロック補正量Ｔｃｏｒｒを
【数３】
として算出する工程とをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
ローカル・クロックと、
第１の時刻に非衛星信号を受信する手段と、
前記第１の時刻に少なくとも部分的に基づいてクロック補正量を算出する手段と、
前記クロック補正量を衛星信号プロセッサのローカル・クロックに適用する手段とを備えた衛星測位装置。
【請求項１６】
クロック補正量を算出する前記手段がさらに、
ローカル時刻ｔを、前記ローカル・クロックに基づいて算出する手段と、
時刻Ｔｅｖｅｎｔを、ローカル時刻ｔを基準とする前記第１の時刻として算出する手段と、
時間オフセットＴｏｆｆｓｅｔを、衛星時刻とローカル時刻ｔの間のオフセットとして算出する手段と、
Ｔｏｆｆｓｅｔが０より大きい場合にエポック区間の半分をＴｏｆｆｓｅｔに加算する手段と、
Ｔｏｆｆｓｅｔが０以下である場合にエポック区間の半分をＴｏｆｆｓｅｔから減算する手段と、
クロック補正量Ｔｃｏｒｒを
【数４】
として算出する手段と、
前記クロック補正量Ｔｃｏｒｒを前記ローカル・クロックに適用する手段とを含む、請求項１５に記載の衛星測位装置。
【請求項１７】
前記非衛星信号が、回転レーザ送信機によって生成されたレーザ・ビームである、請求項１５に記載の衛星測位装置。
【請求項１８】
前記レーザ・ビームがＮ字形状を有する、請求項１７に記載の衛星測位装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１６０１５７（Ｐ２０１０−１６０１５７Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３３２７５（Ｐ２０１０−３３２７５）
【出願日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【分割の表示】特願２００５−８７８７９（Ｐ２００５−８７８７９）の分割
【原出願日】平成１７年３月２５日（２００５．３．２５）
【出願人】（５０５０９３５５２）トップコン ジーピーエス，エルエルシー (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【分割の表示】特願２００５−８７８７９（Ｐ２００５−８７８７９）の分割
【原出願日】平成１７年３月２５日（２００５．３．２５）
【出願人】（５０５０９３５５２）トップコン ジーピーエス，エルエルシー (11)
【Ｆターム（参考）】
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