測位航法用擬似距離推定回路、移動体測位装置及び移動体測位方法
【課題】ＩＮＳとＧＰＳの両航法における位置情報の入力側の正確度を高め、更に帰還情報の質を高めて、結果的により正しい位置情報を得る。
【解決手段】本発明の移動体測位装置は、測位衛星からの複数の擬似距離と、また測位航法部と慣性航法部とカルマンフィルタと、により移動体の航法位置を求める測位装置において、測位衛星と移動体間のドップラ観測値と、航法暦とカルマンフィルタ出力とにより測位衛星と移動体間の相対速度の計算をしてドップラ推定値を求め、複数の擬似距離から選択擬似距離を出力する衛星情報選択部１３と、測位衛星から得る搬送波位相情報と選択擬似距離とカルマンフィルタの出力とで演算出力する擬似距離推定部１４とを備えて、測位航法部１５は、擬似距離推定値を入力として、測位航法速度と測位航法位置を出力し、カルマンフィルタ１６は、擬似距離推定値と、測位航法部の出力と慣性航法部の出力とで状態推定値を求める。
【解決手段】本発明の移動体測位装置は、測位衛星からの複数の擬似距離と、また測位航法部と慣性航法部とカルマンフィルタと、により移動体の航法位置を求める測位装置において、測位衛星と移動体間のドップラ観測値と、航法暦とカルマンフィルタ出力とにより測位衛星と移動体間の相対速度の計算をしてドップラ推定値を求め、複数の擬似距離から選択擬似距離を出力する衛星情報選択部１３と、測位衛星から得る搬送波位相情報と選択擬似距離とカルマンフィルタの出力とで演算出力する擬似距離推定部１４とを備えて、測位航法部１５は、擬似距離推定値を入力として、測位航法速度と測位航法位置を出力し、カルマンフィルタ１６は、擬似距離推定値と、測位航法部の出力と慣性航法部の出力とで状態推定値を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は移動体の加速度と衛星を用いた移動体の測位情報に基づいて、正確な移動体の移動位置を得るための移動体測位装置及び移動体測位方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の移動体位置推定においては、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）と呼ばれる移動体自体に搭載した加速度検出器等を基に、移動体の移動を積算して移動体の位置を慣性航法計算で求めるＩＮＳ（Inertial Navigation System）航法と呼ばれる航法があった。
また、測位衛星からの測位信号を基に測位信号の伝播時間差により移動体の位置を測位航法計算するＧＰＳ（Global Positioning System）航法と呼ばれる航法があった。
また、複合航法として、ＩＮＳ航法とＧＰＳ航法とから得られるそれぞれの位置情報を入力し、入力の時間的な差分をもとに補正用の誤差推定値や状態推定値を演算して出力するカルマンフィルタを用いて、この出力をＩＮＳ航法に入力する構成も知られている。この帰還量に基づいて、ＩＮＳ航法演算部は、他の航法の位置情報や速度情報が入力されるので、他の位置情報の影響を受ける。そしてその場合、一般的には、この複合航法の出力を移動体の移動した位置として用いている。
【０００３】
カルマンフィルタの動作としては、微分等の演算処理をして、上記二つの航法が出力する位置と速度情報からなる航法状態量の差や各種センサの誤差を実時間で推定出力するので、カルマンフィルタの出力は、ＩＮＳ航法に帰還され、その航法の補正入力に使用する。上記複合航法において、カルマンフィルタの入出力については、疎結合あるいは密結合と呼ばれる構成がある。疎結合とは、ＩＮＳ航法の出力である速度と位置、ＧＰＳ航法からの速度と位置との両者を入力とし、カルマンフィルタの出力をＩＮＳ航法に帰還する構成をいう。密結合とは、ＧＰＳ航法に関してはＧＰＳ航法からの位置出力を入力するのではなくＧＰＳ航法の入力側の信号をカルマンフィルタに入力する構成をいう。
【０００４】
なお、ＧＰＳの位置情報は、未だ精度が高いとは云えず、正確に座標値が既知である、複数の基準点におけるＧＰＳ信号の誤差量を基に、測定点の誤差量を補正するＤＧＰＳ（Differential Global Positioning System）が知られている。そして複数の基準点における誤差量から、特定の基準点を中心としたある範囲において、その基準点からある距離離れた測定点における誤差量を知る方式が非特許文献１に示されている。
【特許文献１】特表２００３−５０９６７１号公報
【特許文献２】特表２０００−５０２８０２号公報
【特許文献３】特開２００１−２６４４０９号公報
【特許文献４】特開２００２−１９６０６０号公報
【特許文献５】米国特許第６３１１１２９号明細書
【非特許文献１】RTK Networks based on Geo++ GNSMART （登録商標）- Concepts, Implementation, Results (Gerhard Wuebbena, Andreas Bagge, Martin Schmitz) International Technical Meeting, ION GPS-01, Sept. 11-14, 2001)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の移動体の位置推定装置は上記のように構成されており、ＩＭＵの加速度検出を基に入力を行い、位置情報を得るＩＮＳ航法の出力は、ＩＭＵで得られる加速度の値が正確とは云い難いので、ＩＮＳ航法の出力である位置情報の精度は正確であるとは云い難い。
また、ＧＰＳ航法による場合は、ＧＰＳ航法で得られる位置情報に種々の誤差要因を含んでいるため、ＧＰＳ航法による出力位置の精度も正確ではない。
また、ＩＮＳ航法の出力位置を、カルマンフィルタを介して補正するためにＧＰＳ航法を複合して用いる複合航法があるが、ＧＰＳ航法で得られる位置情報も種々の誤差要因を含んでいるので、ＧＰＳ航法で得られる位置情報で補正しても、その精度も必ずしも正確ではない。
【０００６】
この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、慣性航法における加速度信号を含む距離情報の入力側の正確度を高めて、演算された移動体の航法位置を正確な値とする。また、測位航法における入力側の擬似距離の正確度を高め、更に帰還情報の質を高めて、結果的により正しい位置情報を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明による移動体測位装置は、測位衛星からの情報を受信して測位衛星から移動体への複数の擬似距離と測位衛星の航法暦を求めて、また測位航法により測位航法速度と測位航法位置を出力する測位航法部と、慣性航法により慣性航法速度と慣性航法位置を出力する慣性航法部と、状態推定値を出力するカルマンフィルタと、により移動体の航法位置を求める測位装置において、
広域補正情報で誤差補正された測位衛星と移動体間のドップラ観測値を入力すると共に、上記航法暦とカルマンフィルタが出力する上記状態推定値とにより測位衛星と移動体間の相対速度の計算をして測位衛星と移動体間のドップラ推定値を求め、このドップラ推定値と、誤差補正された上記ドップラ観測値とを比較し、比較結果に基づいて、上記複数の擬似距離から所定の擬似距離を選択して、選択擬似距離として出力する衛星情報選択部と、
上記測位衛星から受信した信号によって得られる搬送波位相情報を入力し、入力したこの搬送波位相情報と衛星情報選択部が出力する上記選択擬似距離とカルマンフィルタが出力する上記状態推定値とを演算して擬似距離推定値を求め、求めたこの擬似距離推定値を出力する擬似距離推定部とを備えて、
上記測位航法部は、擬似距離推定部が出力する上記擬似距離推定値を入力として、測位航法速度と測位航法位置を求めてこれらの測位航法速度と測位航法位置を出力し、
上記カルマンフィルタは、擬似距離推定部が出力する上記擬似距離推定値と、測位航法部が出力する上記測位航法速度と上記測位航法位置と、慣性航法部が出力する上記慣性航法速度と上記慣性航法位置とを入力として、状態推定値を演算して求めるようにした。
【発明の効果】
【０００８】
この構成または方法によれば、入力側の速度検出を含む加速度信号の信号精度を高めて、または正しい測位衛星による精度を上げた情報により、正確な慣性航法演算または測位航法演算に基づいた位置が得られる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
この実施の形態における移動体測位装置全体の概略構成図を図１に示す。移動体測位装置は、移動体に搭載されるものである。なお、図１以降の図において、黒丸は、結線結合点を示している。白丸は、加算器を示している。線は、信号（信号線）を示している。線先の矢印は、その線が示す信号の出力先を示している。加算器に入力される信号にマイナス記号（−）がある場合は、その信号値を減算することを示している。また図２は、ＳＦ（スケールファクタ）・速度推定部２４と加速度推定部２５の詳細構成を示す図である。
【００１０】
図１において、移動体測位装置は、衛星測位航法系（ＧＰＳ航法系）と慣性航法系（ＩＮＳ航法系）とカルマンフィルタ１６から構成される。ここで衛星測位航法とは、測位衛星と移動体との距離、正確には測位衛星と移動体に載せた受信機（ＧＰＳ部１１）との距離を電波の伝搬時間で測定して、測位計算を行うものである。そしてその結果、測位衛星からの信号受信で得られる擬似距離情報に基づいてＧＰＳ航法部での演算結果として移動体位置を出力する。また、カルマンフィルタにこのＧＰＳ航法位置の他に、ＧＰＳ航法部で得た速度をあわせてＧＰＳ航法状態量として出力する。
【００１１】
また慣性航法は、移動体に搭載した加速度検出器や車輪の車速（回転）パルスを検出する車速検出部（移動体速度検出部）（ＶＭＳ部）、更に移動体の進行方向を示すＦｏｒｗａｒｄ／Ｒｅｖｅｒｓｅ（Ｆ／Ｒ）検出部等による入力を用いて、移動体の移動距離を示す距離推定値や加速度推定値を出力する加速度推定部を持ち、この出力により航法演算してＩＮＳ航法位置を出力する。このように、安定で正しいＳＦを用いて、アライメントにより補正された加速度、距離情報により、ＩＮＳ航法部に対して正しい情報入力ができる。またＧＰＳ航法部と同様にカルマンフィルタに対して、ＩＮＳ航法部で関連して計算した速度や加速度からなる、ＩＮＳ航法状態量を出力する。
【００１２】
衛星測位航法系（ＧＰＳ航法系）として、以下の要素がある。先ずＧＰＳ衛星や準天頂衛星等の測位用の衛星からの信号を受信して擬似距離、ドップラ偏位等の観測量を得るＧＰＳ部１１がある。このＧＰＳ部１１から観測量のうち、擬似距離を入力とすると共に、複数の電子基準点に基づく位置誤差信号を広域補正情報として入力し、所定の補正情報を選択して擬似距離を補正し、補正後擬似距離を時系列に出力するＤＧＰＳ（Differential Global Positioning System）部１２が次にある。更に、ＤＧＰＳ部１２から時系列で得られる補正後擬似距離を含む観測量１２ａを入力とし、これらの情報がマルチパスによるものであるかどうかを判定し、マルチパスであると判定した場合はその補正後擬似距離を廃棄し、マルチパスではなくて正しいパスによる信号であると判断した場合はその補正後擬似距離を出力することにより正しいパスによる信号を選択して選択擬似距離１３ａとして出力する衛星情報選択部１３がある。
【００１３】
更に、この正しいパスであると判断された選択擬似距離１３ａを入力とし、各種の他の信号で補正して更に正しいと判断される擬似距離推定値１４ａを出力する擬似距離推定部１４がある。
こうしてＤＧＰＳ部、衛星情報選択部、擬似距離推定部を組合わせることによって、ＧＰＳ航法部に対して正しい擬似距離のみが選択されて入力される。この擬似距離推定値１４ａを入力とし、この入力を用いて位置計算して衛星測位航法による位置（ＧＰＳ航法位置）や関連速度からなるＩＮＳ航法状態量１５ａを出力するＧＰＳ航法部（衛星測位航法部）１５がある。
【００１４】
またＩＮＳ慣性航法系（ＩＮＳ航法系）として、移動体の角加速度や上下左右方向の加速度及び進行方向（距離方向）の加速度を検出するＩＭＵ部２１と、移動体の前方向進行または後方向進行を検出するＦ／Ｒ部２２と、移動体の移動量に応じて発生するパルス信号（車速パルス）を検出する車速検出部２３（移動体速度検出部）と、車速検出部２３から出力される車速検出信号としての、単位時間当たりの車速パルス数にスケールファクタ（ＳＦ）を乗算して移動体速度推定値２４ａを出力するＳＦ（スケールファクタ）・速度推定部２４がある。
ＳＦ・速度推定部２４は、移動体の速度が推定可能かどうかの条件に基づいて、ＧＰＳ航法部１５からの出力であるＧＰＳ航法状態量（位置、速度）１５ａの座標変換値とＩＮＳ航法部２６からの出力であるＩＮＳ航法状態量（位置、速度）２６ａの座標変換値とで得られる量から、より品質のよい出力を選択してスケールファクタを補正する。
【００１５】
ＩＮＳ航法系では更に、ＩＭＵ部２１から得られる進行方向加速度を、上記の移動体速度推定値２４ａで補正し、更に後に詳述するアライメント補正して、補正後の推定加速度を出力し、また後に詳述する演算をして距離推定値４５ａ、４７ａを出力する加速度推定部２５と、この推定加速度２５ａを更にカルマンフィルタ出力の誤差推定値１６ｂとの差をとって入力とし、また加速度推定部２５からの上記距離推定値と、カルマンフィルタ１６からの状態推定値１６ｃとをも入力として、ＩＮＳ航法位置を計算して出力するＩＮＳ航法部２６がある。
【００１６】
また、この両航法部の出力であるＧＰＳ航法状態量１５ａとＩＮＳ航法状態量２６ａと、擬似距離推定部１４から出力される擬似距離推定値１４ａと航法暦１１ａとを入力として、ＩＮＳ航法部２６側への帰還出力となる誤差推定値１６ｂ、状態推定値１６ｃを出力し、ＧＰＳ航法側の擬似距離推定部１４と衛星情報選択部１３とへの帰還出力となる状態推定値１６ａを出力するカルマンフィルタ１６がある。
カルマンフィルタ１６は、擬似距離推定値１４ａを用いた密結合と、ＧＰＳ航法部１５とＩＮＳ航法部２６からのそれぞれの出力であるＧＰＳ航法状態量とＩＮＳ航法状態量とを入力とする疎結合とを併用しており、航法状態量の差や各種センサの誤差を実時間で推定出力する際に、より詳しい情報を入力し、従ってより正しい誤差を推定して出力する。
なお図１では、ＧＰＳ航法部１５が出力する航法状態量１５ａの一部であるＧＰＳ航法位置と、ＩＮＳ航法部２６が出力する航法状態量２６ａの一部であるＩＮＳ航法位置とは、後段で適宜利用されるが、本実施の形態における構成と動作には関係しないので、ここでは説明を省略する。
【００１７】
図２により、移動体加速度・距離推定回路、つまりＳＦ・速度推定部２４と加速度推定部２５の詳細構成を説明する。
車速検出部２３は、移動体の速度（車速）相当を検出する要素である。これはディジタル信号であってもよく、アナログ信号であってもよい。例えばタイヤが一回転するたびにパルス発生させ、この発生パルスを送信する。従って単位時間当たりの車速パルスを数えれば、車の現在速度相当が判る。もっと云えば、車速パルスはタイヤが回転するたびにそれを検出しているなら、それをタイヤ周囲長に相当する換算係数で乗算すれば、時間当たりのパルス数なので、速度が判る。このときＦ／Ｒ部２２からの前方向進行か、後方向進行かの信号により、進行方向を判別する。ＳＦ・速度推定部２４は、車速パルスをＳＦ計算回路５１に入力する。ところでこの単位時間当たりの車速パルス数から速度への換算係数であるスケールファクタは、後に述べるように変動する。従って変動に追従して更新し、この更新したスケールファクタで速度を推定しなければならない。これに対応して、スケールファクタが更新可能かどうかを判定する推定可否判定回路５２がある。この条件については、動作説明の部分で記述する。
【００１８】
この推定可否判定回路５２により更新が可能と判断すると、スケールファクタ更新用の入力として、ＧＰＳ航法系とＩＮＳ航法系のどちらが適当かを入力切替え（または選択）指示としてカルマンフィルタ５３に出力する。この場合の位置に関する状態量としては、ＧＰＳ航法とＩＮＳ航法共に地球座標系で表現されるが、移動体の座標系はこれとは異なる。従ってこの両者の座標系を変換する必要があり、座標変換回路５４，５５がこれを行う。そしてＳＦ計算回路５１は、車速検出部２３からの車速パルスと、演算ループを構成するカルマンフィルタ５３からの出力を入力とし、スケールファクタを更新・保持して、以後、車速パルスを乗算して移動体速度推定値２４ａを出力する。
【００１９】
一方、加速度推定部２５は、先ずＩＭＵ部２１から進行方向加速度２１ａを含む各種の検出した加速度信号を入力する。図２においては、図１においては詳しく表示されていないが、ＩＭＵ部２１で得られる進行方向加速度の傾斜センサ等の傾斜検出器４１による傾斜補正も示している。傾斜検出器４１は、移動体が傾いていることを検出するもので、図２で出力の補正量４１ａとは、この検出した傾斜量から重力加速度のＸ軸方向、つまり進行方向加速度に換算して加減算すべき加速度補正量を出力する。
ＩＭＵ部２１から得られるＩＭＵ進行方向加速度２１ａをこの傾斜補正量４１ａで加速度補正をして、進行方向加速度２１ｂとし、進行方向加速度２１ｂを加速度推定部２５に入力する。
なお図４は、本実施の形態における移動体測位装置と入力の関係も示していて、この場合は自動車である移動体に搭載したＧＰＳ受信機により、ＧＰＳ衛星から擬似距離、ドップラ偏位等の情報を受信し、ＧＰＳ航法部でＧＰＳ航法距離を得る。なおこの際、ＧＰＳ衛星と移動体との間の上層に、図示していない電離層や対流圏があって、それらの変動が擬似距離の誤差要因になる。そして車に搭載したＩＭＵ部により加速度を検出し、また車速検出器により車速パルスを検出して、これらからＩＮＳ航法部で進行方向に移動した位置を得る。
【００２０】
図２に戻って、進行方向加速度２１ｂにも未だ変動要因がある。そのうちの、静止アライメント補正のための構成を説明する。
先ず静止アライメントを行うためには、静止状態での値を測定しなければならない。しかし最初に静止時にアライメントを行ってバイアス値を得ても、その後に車が受ける加速度変化や、センサの特性変化によって、その値が変化する。従って正しいと考えられる静止アライメントを時々刻々行って、進行方向加速度信号をバイアス値で補正しなければ、正しい進行方向加速度とはならない。本実施の形態では、走行中の僅かな安定期間を検出して、この僅かな期間に静止アライメントを行い、加速度信号に含まれるバイアス値を検出または測定して、その検出したバイアス値で進行方法加速度を補正する。
先ず、静止条件を判定する静止判定回路４２を設けて、この判定回路が複数の静止であると判定できる情報の一致により静止と判定した時のみ、静止アライメント検出回路４３が加速度信号に含まれるバイアス値を検出する。そして、次に更新するまでそのバイアス値を保持する。こうして加速度推定部２５は、ＩＭＵ部２１から得られる進行方向加速度を傾斜検出器４１が補正値４１ａとして出力する補正量で補正した進行方向加速度２１ｂを入力とし、上記静止アライメント検出回路４３が保持するバイアス値で補正して、更に後で述べる移動アライメントによる補正量でも補正して、推定加速度２５ａとして出力する。
【００２１】
また加速度推定部２５は、（ＩＭＵ）距離推定値を出力するためのＩＭＵ側の積分器４４，４５と、（ＶＭＳ）（ＶＭＳは移動体速度推定値側を意味する）距離推定値を出力するための積分器４７と、これら２つの距離推定値と更にＩＭＵ側、ＶＭＳ側の２つの速度を時系列入力として加速度誤差推定値７３ａと速度誤差推定値７６ａを出力する移動アライメント検出回路４６を持つ。
【００２２】
図３は、ＳＦ・速度推定部２４と加速度推定部２５の機能と動作を示すフロー図である。図２と図３を用いて移動体に載せたＩＭＵや車速検出で得られた加速度や速度から、進行方向の補正後加速度を得るまでの動作を説明する。
さて図２、図３において、ＳＦ・速度推定部２４内の推定可否判定回路５２は、図３のＳ２０１で、ＧＰＳ航法状態量１５ａとＩＮＳ航法状態量２６ａとの座標変換回路５４，５５により座標系を移動体の座標系に変換した距離相当の値と、検出車速度推定値２４ａとを監視し、移動体が一定速度以上で走行中であり、かつ加速度入力が少ないかまたは速度変動が少ない安定走行をしていて、情報品質が良くて距離計算が可能、という条件をみたした場合、スケールファクタ（ＳＦ）の推定が可能と判断する。スケールファクタは、上記で述べたように車速パルス数から距離に換算する際に使用する換算係数であるが、この値は例えば移動体が受ける加速度変動等、移動体である車の挙動で変動している。従って上記の安定走行条件を満足するときに変動が少ないとして、係数の更新を行う。
【００２３】
安定条件の判定を一つの入力のみで判定すると、誤判定の可能性があるが、しかし全ての条件を満たさなくても、代表的な複数の監視対象入力が安定走行条件を示していれば、推定可否判定回路５２は、Ｓ２０２でスケールファクタ（ＳＦ）の更新制御の信号をＳＦ・速度推定部２４の内部カルマンフィルタ５３に出す。そして更にＧＰＳ航法状態量１５ａの変換値か、ＩＮＳ航法状態量２６ａの変換値かのいずれを用いてスケールファクタ（ＳＦ）の更新をするかを示す、選択用の入力切替信号を出力する。
このＳＦ計算回路５１はＳ２０３で、ＩＮＳ航法状態量の変換値か、ＧＰＳ航法状態量の変換値か、を設定されたカルマンフィルタ５３と閉ループを構成して、スケールファクタ（ＳＦ）の更新値を計算する。その後、このＳＦの更新値を保持して、車速検出部２３で得られた単位時間当たりの車速パルスの数に基づいてそれを保持している係数で係数倍し、Ｓ２０４で移動体速度推定値２４ａを加速度推定部２５、推定可否判定回路５２、内部カルマンフィルタ５３に向けて出力する。
このＳＦの変動に追従して安定なＳＦの値を更新することは、移動体の位置計算精度向上に大いに寄与する。
【００２４】
一方、加速度推定部２５側では、静止判定回路４２がＳ２１１で、これは車速検出部２３からの車速パルスがほとんど出ていないということであるが、移動体速度推定値２４ａがしきい値以下であり、更に座標変換回路５４で換算したＧＰＳ航法状態量からも移動していないという複数の静止情報に基づいて、移動体の静止状態を判定している。
図５は静止アライメント検出回路４３の詳細を示す構成図である。静止判定回路４２がその入力信号を調べて、上記で述べた静止状態と判定すると、更新の起動がかかる。更にＳ２１２ａで、ＩＭＵ進行方向加速度２１ｂを標準偏差計算回路６２で標準偏差を求めて、遅延回路６３，６４によるそれらの時系列信号により計算可否判定回路６５でアライメント計算が可能な状態を検出する。
こうして静止アライメントが計算可能と判定すると、静止アライメント計算回路６６が補正後のＩＭＵ進行方向加速度２１ｂから低域フィルタを用いてバイアス値４３ａを測定する。つまりＳ２１２ｂで、静止アライメント検出回路４３の出力から補正量としてのバイアス値が得られる。
この例では、静止アライメントを行う条件として、車速パルスがほとんど出ていない、航法状態量が変化していない、アライメントが計算可能、の上記３つの条件の組合わせを説明した。しかし、ＳＦの更新時もそうであるが、更新条件を満足するかどうかを監視する入力としては、種々のバリエーションがあり、他の適切な監視入力を採用してもよい。
【００２５】
例えば図６は横軸が時間を示し、縦軸が加速度を示す実測値の例である。図の変動が多い実線は進行方向加速度の実測値を示しており、実測加速度は時間的に絶えず変動している。そして中央部分に横方向に水平な線は静止アライメント検出回路４３が保持している静止時加速度、つまりバイアス値を示している。図のＡ点のわずかな時間軸方向に安定な期間で静止判定回路４２による静止判定が行われて、その後に丸く囲んだ部分に示されるように、静止アライメント検出回路４３で静止時加速度の値が補正されてステップ状に更新されている。
このように静止アライメントが計算可能時に、絶えず静止アライメント検出回路４３によるバイアスの検出と進行方向加速度の補正を更新し、更新した値が保持される。そして移動体の移動に伴う各種の車の状態変動に追従して、適切に静止アライメントによる補正が行われる。
【００２６】
更に積分器４４と、図７にその詳細構成を示す移動アライメント検出回路４６によるＳ２１３ａの移動アライメントの検出と、Ｓ２１３ｂでの処理により、Ｓ２１４で速度推定値を出力する。
移動アライメント検出回路４６は、まず検出車速度推定値２４ａをサンプル／ホールド回路７１でサンプルホールドする。そしてそのサンプルホールド値と、ＩＭＵ側からの進行方向加速度２１ｂを更に静止アライメントを行って得たバイアス値で補正した加速度を積分した積分器４４との差分を、遅延回路７２を用いて微分して、加速度誤差推定回路７３を用いて加速度誤差推定値７３ａとして出力する。また検出車速度推定値２４ａを積分器４７で積分した移動距離と積分器４５による距離との差分を、サンプル／ホールド回路７４と遅延回路７５とを用い、速度誤差推定回路７６で推定して、速度誤差推定値７６ａを得る。
即ち図７の加速度誤差推定回路７３と、速度誤差推定回路７６が行う推定演算は、例えば過去の４点から最新の点まで、それらのサンプルの二乗平均値を求める。例えば速度誤差推定回路７６が行う演算は、図８でいえば横軸で１ないし５で示す５点のサンプル値を得て、点１から点５までを順次線でつないだ折れ線ではなくて、一次回帰線である一直線の太線で近似していることである。この加速度推定部２５で得られる検出車速度推定値とＩＭＵ側からの加速度による距離積算値との差を時系列で５点、サンプルしている。そしてこの５点を一次回帰線で近似したものを、時間を変えて順に図８（ａ）ないし（ｄ）に示す。図８（ａ）ないし（ｄ）の一直線の傾斜が加速度推定部２５の出力である速度推定値であり、図２でいえば、速度誤差推定回路７６からの出力７６ａと積分器４４との差である。加速度誤差推定回路７３による演算も、上記の速度誤差推定回路７６と同様な演算を行う。
【００２７】
こうして加速度推定部２５は、ＩＭＵからの補正された加速度入力と移動体速度推定値も用いてＳ２１５で二つの距離推定値、即ち（ＩＭＵ）距離推定値４５ａ、（ＶＭＳ）距離推定値４７ａを出力する。このＳＦ・速度推定部２４と加速度推定部２５とで加速度・距離推定回路を構成する。
ＩＮＳ航法部２６は、速度推定値２５ｂが入力として加わることもあるが、加速度推定部２５からの二つの距離推定値４５ａ、４７ａと、同じく加速度推定部２５の加速度出力をカルマンフィルタ１６の誤差推定値で補正した加速度と、を入力とする。勿論、進行方向加速度以外の角加速度も、ＩＭＵ部２１から、カルマンフィルタの出力である誤差推定値１６ｂで帰還補正をした後、ＩＮＳ航法部２６に入力して、航法演算に用いられる。
ＩＮＳ航法部としては、一般的な構成であるので、その動作詳細を述べることは省く。ただ、入力として、より正しいと考えられる加速度推定値と、距離推定値とを用いてＩＮＳ航法位置情報を得る。
【００２８】
ＧＰＳ系の動作を説明する。
ＧＰＳは、よく知られているように全地球上を覆域とする衛星を利用した測位システムであり、この目的のための衛星群がＧＰＳ衛星と呼ばれる。しかしその位置が必ずしも天頂真上近くにあるとは限らないので、準天頂衛星と呼ばれる３つの衛星からなる衛星群を利用することもできる。
準天頂衛星に関して説明する。準天頂衛星は、赤道面から約４５度の傾斜角になるように地球の自転に合わせて１日に１周回している。なお、赤道面からの傾斜角は、設計により任意に設定してよい。また、一例として昇交点赤経（赤道面との交点）において１２０度ずつ離れるように３機が配置されている。地表面上に投影される準天頂衛星軌道の軌跡は、地上を固定して考えた場合に、準天頂衛星は「８の字」または「涙滴型」を描くように周回している。３機の準天頂衛星は、軌道面を異にするが８時間ごとに交代（会合）することにより、切れ目なく日本上空に位置している。また、地域を日本で考えた場合、仰角が７０度以上の準天頂衛星が常に存在することになる。切れ目なく日本上空に位置しているため、仰角が７０度以上の準天頂衛星が常に存在し、受信者が地上で準天頂衛星から電波を受ける際、ビルの谷間でも電波を遮られることが少ない。
【００２９】
本実施の形態においては、更に後段における処理の必要上、ＤＧＰＳ方式を使用して、衛星軌道誤差や、電離層遅延誤差の影響を除いて、補正後擬似距離１２ａ、つまり更に精密な擬似距離、ドップラ観測値を得ることができる。図４は、測位衛星が出す信号から得られる代表的な情報の種類、即ち測定点までの擬似距離、ドップラ偏位、アルマナック／エフェメリスといった航法値も記載している。
ＧＰＳ受信部１１は、詳細データとして上に述べた擬似距離と、ドップラ偏位、搬送波位相の信号を観測量１２ａとして出す。また品質情報も出す。
また、従来のＤＧＰＳは、あらかじめ位置の確定している基準局における誤差量を求めるが、誤差量は、電離層遅延、対流圏遅延、衛星軌道誤差の和となる。しかし、電離層遅延、対流圏遅延、衛星軌道誤差等は、基線長に依存して値が大きくなり、基準点からの距離が大きくなると、即ち移動体が基準点から離れれば離れるほど、測位精度が劣化するなどの問題があった。
【００３０】
図９（ａ）は、非特許文献１に示されたＤＧＰＳ方式における誤差分布を多平面近似した誤差説明図であり、図９（ｂ）はある誤差平面における測定点での誤差を説明する図である。複数の基準点の観測情報から位置に依存する誤差成分を推定し、誤差成分を各基準点の周りに線形近似した誤差平面を示す。図において、複数の電子基準点からの情報があると、座標値Ｘ1,Ｙ1における測定点Ｓにおいて、Ｒ3平面で近似したＲ3内の基準点における誤差ｅ3に対して、その基準点から測定点までの距離に比例した面上の誤差ベクトル量Δｅを加えたｅ3＋Δｅを求めることができる。これは上記従来のＤＧＰＳが単にｅのみを求めるのに対し、Δｅだけ更に誤差を補正ができる。
本実施の形態においては、ＤＧＰＳ部１２が上記の複数の基準点情報としての広域補正情報を得て、上記の演算でｅ3＋Δｅを求める。即ちこの演算で得た誤差による木目細かい擬似距離の補正を行って、更に精度の高い距離情報としての、補正後擬似距離１２ａを得る。そして移動体は順に目的地に向かって移動するので、その移動経路に沿って図９（ａ）の、例えばＲ1,Ｒ3,Ｒ4と順々に、近似平面を選択して行くことで、常に精度の高い補正後擬似距離１２ａが求められる。
なお、ＤＧＰＳ部では、後に説明するドップラ偏位も、通常のＧＰＳ部出力による値よりも木目細かい誤差補正がされ、従ってより正しい値が出力される。
【００３１】
次にマルチパスの説明をする。図１０は衛星から到来する電波の経路を示したもので、直接信号Ｖseと記載の直接受信される経路と、マルチパス信号と記載の周囲の建物などによって反射して到達する経路が示してある。このように反射して到達する信号をマルチパスと呼ぶ。マルチパスは伝搬経路が通常の経路よりも長くなるため、測位計算結果にオフセットが発生する原因となる。この図は、マルチパスだけが受信される条件になっている。このようにマルチパスが主に受信される場合を識別し、その信号成分を除去することで、測位精度が向上する。
衛星から到来する電波の搬送波周波数が、発信源である衛星の運動と受信側の運動によって変化する、いわゆるドップラ偏位は両者の移動速度の伝搬方向成分から算出可能である。衛星の運動によるドップラ量は、直接信号とマルチパス信号の両者に共通であり、これをＶseとする。受信側の移動体の移動速度を図中のVrとすると、直接信号とマルチパス信号に発生するドップラ量は、図示されているように、それぞれVreとVre’になる。図のケースでは受信側の移動速度によるドップラ量は、絶対値だけでなく符号も異なっている事がわかる。
航法暦１１ａによって測位衛星の座標と移動速度を計算することが可能である。また一般的な測位衛星は遠方にあるため、測位装置の概略位置と概略速度がわかれば、ドップラ量を予測することが可能である。従って、このドップラ予測量と、実際に受信された信号のドップラ量を比較することで、マルチパスの影響を推定することが可能になる。
【００３２】
図１１は衛星からのＤＧＰＳ部１２を経由した信号から、マルチパスによる信号であると考えられる信号を除去する衛星情報選択部１３の詳細構成を示す図である。
また図１２はその選択機能と動作を示すフロー図である。図１２及び図１において、ＤＧＰＳ部１２の出力である観測量１２ａは、補正後擬似距離と広域補正情報で補正されたドップラ観測値を含んでいる。
ここで衛星情報選択とは、マルチパスで受信されていると判定される擬似距離を、誤りを含むデータとして演算対象データから削除し、直接信号による擬似距離の情報を選択することである。この目的のためにＧＰＳ信号のドップラ量を推定し、実際の観測値と比較して、マルチパスかどうかを判定する。例えば観測値が推定値と大きく異なる場合は、マルチパスによる観測値であると判定できる。そしてこの判定結果を用いて、マルチパスであると判定された測位衛星からの信号は廃棄し、直接信号である正しい信号のみを選択して後段に出力する。
【００３３】
先ずＧＰＳ信号を受信して、その中に含まれる航法暦１１ａに基づいて、衛星位置計算回路８３はステップＳ３０１で、衛星の位置計算をする。更にカルマンフィルタ１６からの出力である位置状態量のうち、位置情報から移動体の位置を知り、両者の差を求め、これを基にＳ３０２で視線ベクタ計算回路８４が視線ベクタを計算する。
航法暦１１ａからは衛星速度計算回路８２により求めた衛星の速度と、カルマンフィルタからの状態推定値１６ａのうち速度を示す値とを比較して測位衛星と移動体間の相対速度差から仮のドップラ量が得られる。これを内積回路８５で視線ベクタ成分のドップラ推定値８１ａが得られる。つまり進行方向に換算してのドップラ値が得られる。
【００３４】
マルチパス判定回路８６は、上記で得られた進行方向に対するドップラ推定値８１ａと、ＤＧＰＳ信号から得られる誤差補正された精密なドップラ観測値（１２ａ）との差を絶対値回路８７で絶対値をＳ３０４で得る。また先のカルマンフィルタ１６が出力する位置状態量のうち、移動体速度の視線ベクタ成分を内積回路８８で求める。視線ベクタ成分の絶対値を絶対値回路８９で得て、この値と先のドップラ差の絶対値とを、所定の条件で比較する。更にＳ３０５ａで判定回路９０により比較判定する。
マルチパスであることの判定基準は、視線ベクタ成分の絶対値差が大きいことである。この差が所定値以上であればマルチパス判定回路８６は廃棄の選択制御信号８６ａを出し、それに基づいて選択回路９１はＳ３１１で、マルチパスであるとしてその擬似距離は廃棄する。
こうしてＳ３０６において、衛星情報選択部１３からは、正しいと考えられる擬似距離及び関連情報のみが次段の擬似距離推定部１４に選択擬似距離１３ａとして出力される。即ちＤＧＰＳ部１２による広域補正情報により補正したドップラ観測値により、マルチパス判定が正しく行える。
上記の選択が正しく行われるためには、ＤＧＰＳ部１２からの補正されたドップラ値を用いることが必須である。つまり単にＧＰＳ部出力のドップラ値では不正確な値しか得られないが、ＤＧＰＳ部１２を経由して広域補正情報により補正された補正後擬似距離１２ａに含まれるドップラ観測値を用いることで正しい選択ができる。
【００３５】
図１３（ａ）は擬似距離推定部１４の詳細構成を示す図であり、図１４は擬似距離推定部１４の機能と動作を示すフロー図である。
擬似距離の観測量にはＧＰＳ受信機の時計誤差の影響が含まれる。図１３（ａ）において、ＧＰＳ航法部１５での演算結果から得られる時計誤差推定値１５ｂにより擬似距離換算回路１０１が時計誤差分を距離値に換算し、この値で前段からの選択擬似距離１３ａを補正して、Ｓ４０１で、受信機時計誤差を除去する。
擬似距離平滑計算の動作を図１３（ｂ）に示す詳細構成図に基づいて説明する。ＧＰＳ部１１から出力され、ＤＧＰＳ部１２で誤差補正されて出力される搬送波位相１２ｂの観測量を、遅延回路１２１と減算器で差分をとって搬送波位相の変動分を得て、適応計算回路１２２への入力とする。適応計算回路１２２はＳ４０２で、この搬送波位相の変動分と、先に述べた時計誤差換算による補正を受けた選択擬似距離と、カルマンフィルタ出力の状態推定値１６ａとで時間系列の重み付けして適応計算し、乗算回路１２３の乗数Ｋを制御する。
一方Ｓ４０３では、搬送波位相の変動分と遅延回路１２４とを加算して擬似距離予測値を得る。Ｓ４０４で、この擬似距離予測値と先に補正して得ている擬似距離との差分を、適応計算回路１２２の出力指示であるＫ倍して乗算回路１２３が出力し、先の擬似距離予測値と加算して、擬似距離平滑計算回路１０２の出力である擬似距離平滑値１０２ａとする。
即ち品質の優れた搬送波位相観測量を用いて擬似距離観測量に含まれる雑音を除去する。二つをそれぞれ重み付けして加算して、移動体の挙動や擬似距離の変化に応じて平滑定数Ｋを時系列で適応変化させて、雑音除去特性を高めている。
【００３６】
ここで図１３（ａ）に戻って、入力の航法暦を用いて衛星位置計算回路１０３が計算した衛星位置と、状態推定値１６ａのうちの移動体位置との差分を計算し、絶対値回路１０５へ出力する。また衛星位置計算回路１０３の出力から仰角計算回路１０４により擬似距離の情報を得ている測位衛星への仰角を求め、Ｓ４０５で、重み付け回路１０６と推定計算回路１０８により、未だ除去されていない対流圏誤差を推定する。同時にＧＰＳ部１１からの擬似距離品質情報から、重み付け回路１０７と推定計算回路１０９により、未除去のマルチパス誤差等による位置誤差を推定する。これらの合計推定誤差と、先の比較した差分とを乗算回路１１０で乗算し、推定計算回路１１１で過去の値を二乗平均計算して補正値１１１ａを得る。
擬似距離推定部１４はＳ４０６で、最終的にこの補正値１１１ａで補正した擬似距離推定値１４ａを出力し、ＧＰＳ航法部１５への入力とする。
なお、この場合も搬送波位相と擬似距離は、ＧＰＳ部１１からの値を用いたのでは誤った擬似距離推定値となることもある。ＤＧＰＳ部１２を経由して誤差補正された値を用いて、はじめて正しい擬似距離推定値１４ａが得られる。
【００３７】
ＧＰＳ航法部１５の構成はよく知られているので、その動作を特に詳述はしない。入力として補正がされた擬似距離推定値１４ａが用いられるので、得られるＧＰＳ航法位置としてより正しい値が得られる。
カルマンフィルタ１６の入力として、疎結合ではＩＮＳ航法部２６からのＩＮＳ航法位置とＧＰＳ航法部１５からのＧＰＳ航法位置が用いられるが、本実施の形態では、更に擬似距離推定部１４からのドップラ値も含む擬似距離推定値１４ａも用いられる密結合としている。
カルマンフィルタ１６の帰還出力は状態推定値１６ｃとしてＩＮＳ航法部２６への入力と、誤差推定値１６ｂによる加速度補正とに用いられ、またＧＰＳ系に対しては状態推定値１６ａとして擬似距離推定部１４と衛星情報選択部１３に出力される。
【００３８】
こうしてＩＮＳ系に対しては、安定入力が得られる場合に、誤差を少なくした状態でスケールファクタ（ＳＦ）を求めて更新し、その値を次の更新時まで保持して、また静止アライメントが行える状態を検出してバイアス値を更新し、移動アライメントを帰還量から正しいと思われる値を推定して、それらを用いて加速度誤差を補正して正しい加速度入力としている。即ち、車速パルス入力が所定の安定した入力状態である場合に、スケールファクタ補正し、同じく静止していることが明らかな場合にのみ、加速度信号に含まれるバイアス値を測定して、その測定したバイアス値で入力の加速度信号を補正する加速度・距離推定回路を用いて、航法計算の精度を高めている。
またＧＰＳ系に対しては、複数の電子基準点による広域補正情報を含んだＤＧＰＳ部で擬似距離誤差を補正し、マルチパスの影響を除き、搬送波位相や時計誤差推定や過去サンプルの二乗平均計算による値推定と残存誤差除去により入力情報の質を高め、更にそれ自体、擬似距離推定部からの擬似距離推定値を併用して推定精度を高めたカルマンフィルタと一体となった擬似距離推定を行い、航法計算の精度を高めている。
【００３９】
上記説明では、各構成要素はハードウェアであるとして説明したが、各構成要素は同一の機能を持つソフトウェアのプログラムをＲＯＭまたは不揮発性ＲＡＭに組み込み、マイクロプロセッサでそれらを読み出して図３、図１２、図１４に示す機能を実行するようにした構成としてもよい。その場合は、各フロー図におけるステップＳの機能が、対応する構成図中の要素の機能と同様の動作をする。またＧＰＳ航法部１５とＩＮＳ航法部も、他の要素と同様にプログラムを組み込んで、ソフトウェアで機能を得るようにしてもよい。
また、上記の各構成要素を、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせで実現してもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の実施の形態１における移動体測位装置の構成図である。
【図２】実施の形態１におけるスケールファクタ・速度推定部と加速度誤差推定部の詳細構成図である。
【図３】実施の形態１におけるスケールファクタ・速度推定部と加速度誤差推定部の機能と動作を示すフロー図である。
【図４】移動体が受ける加速度を説明する図である。
【図５】実施の形態１における静止アライメント検出回路の詳細構成図である。
【図６】実加速度データと静止アライメント検出回路により得られる静止加速度値（バイアス値）の例を示す図である。
【図７】実施の形態１における移動アライメント検出回路の詳細構成図である。
【図８】移動アライメント検出回路により得られる傾斜係数の例を示す図である。
【図９】ＤＧＰＳ方式における誤差分布を多平面近似した誤差説明図である。
【図１０】マルチパスとマルチパスによる影響を説明する図である。
【図１１】実施の形態１における衛星情報選択部の詳細構成図である。
【図１２】実施の形態１における衛星情報選択部の機能と動作を示すフロー図である。
【図１３】実施の形態１における擬似距離推定部の詳細構成図である。
【図１４】実施の形態１における擬似距離推定部の機能と動作を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００４１】
１２ ＤＧＰＳ部、１３ 衛星情報選択部、１４ 擬似距離推定部、１５ ＧＰＳ航法部、１６ カルマンフィルタ、２４ スケールファクタ（ＳＦ）・速度推定部、２５ 加速度推定部、２６ ＩＮＳ航法部、４２ 静止判定回路、４３ 静止アライメント検出回路、４６ 移動アライメント検出回路、５１ ＳＦ計算回路、５２ 推定可否判定回路、５３ カルマンフィルタ、８１ ドップラ推定回路、８６ マルチパス判定回路、９１ 選択回路、１０２ 擬似距離平滑計算回路、Ｓ２０１ ＳＦ推定可能判定ステップ、Ｓ２０２ 計算用入力切替設定ステップ、Ｓ２０３ ＳＦ更新ステップ、Ｓ２０４ 移動体速度推定値計算ステップ、Ｓ２１１ 静止判定ステップ、Ｓ２１２ａ 静止アライメント検出ステップ、Ｓ２１２ｂ 静止アライメントによる補正ステップ、Ｓ２１３ａ 移動アライメント検出ステップ、Ｓ２１３ｂ 移動アライメントによる処理ステップ、Ｓ２１４ 速度推定値計算ステップ、Ｓ２１５ 距離推定値計算ステップ、Ｓ３０１ 衛星位置計算ステップ、Ｓ３０２ 視線ベクタ計算ステップ、Ｓ３０３ ドップラ推定値計算ステップ、Ｓ３０４ ドップラ推定値とドップラ観測値との差検出ステップ、Ｓ３０５ａ 推定値と観測値間の差と、移動体速度の視線ベクタ成分との比較ステップ、３０５ｂ 比較結果が所定値以内にあるかを判定するステップ、Ｓ３０６ 正規パスとして擬似距離を出力するステップ、Ｓ３１１ マルチパスとしてデータ廃棄ステップ、Ｓ４０１ 搬送波位相変動計算ステップ、Ｓ４０２ 位相変動と時計誤差補正後の擬似距離とカルマンフィルタからの状態推定値とによる適応計算ステップ、Ｓ４０３ 遅延出力と位相変動とによる擬似距離予測値計算ステップ、Ｓ４０４ 擬似距離予測値と擬似距離入力との差の適応計算結果である乗数Ｋ倍後と、予測値との差による擬似距離平滑値取得ステップ、Ｓ４０５，Ｓ４０６ 擬似距離平滑値と推定計算結果との差による擬似距離推定値取得ステップ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は移動体の加速度と衛星を用いた移動体の測位情報に基づいて、正確な移動体の移動位置を得るための移動体測位装置及び移動体測位方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の移動体位置推定においては、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）と呼ばれる移動体自体に搭載した加速度検出器等を基に、移動体の移動を積算して移動体の位置を慣性航法計算で求めるＩＮＳ（Inertial Navigation System）航法と呼ばれる航法があった。
また、測位衛星からの測位信号を基に測位信号の伝播時間差により移動体の位置を測位航法計算するＧＰＳ（Global Positioning System）航法と呼ばれる航法があった。
また、複合航法として、ＩＮＳ航法とＧＰＳ航法とから得られるそれぞれの位置情報を入力し、入力の時間的な差分をもとに補正用の誤差推定値や状態推定値を演算して出力するカルマンフィルタを用いて、この出力をＩＮＳ航法に入力する構成も知られている。この帰還量に基づいて、ＩＮＳ航法演算部は、他の航法の位置情報や速度情報が入力されるので、他の位置情報の影響を受ける。そしてその場合、一般的には、この複合航法の出力を移動体の移動した位置として用いている。
【０００３】
カルマンフィルタの動作としては、微分等の演算処理をして、上記二つの航法が出力する位置と速度情報からなる航法状態量の差や各種センサの誤差を実時間で推定出力するので、カルマンフィルタの出力は、ＩＮＳ航法に帰還され、その航法の補正入力に使用する。上記複合航法において、カルマンフィルタの入出力については、疎結合あるいは密結合と呼ばれる構成がある。疎結合とは、ＩＮＳ航法の出力である速度と位置、ＧＰＳ航法からの速度と位置との両者を入力とし、カルマンフィルタの出力をＩＮＳ航法に帰還する構成をいう。密結合とは、ＧＰＳ航法に関してはＧＰＳ航法からの位置出力を入力するのではなくＧＰＳ航法の入力側の信号をカルマンフィルタに入力する構成をいう。
【０００４】
なお、ＧＰＳの位置情報は、未だ精度が高いとは云えず、正確に座標値が既知である、複数の基準点におけるＧＰＳ信号の誤差量を基に、測定点の誤差量を補正するＤＧＰＳ（Differential Global Positioning System）が知られている。そして複数の基準点における誤差量から、特定の基準点を中心としたある範囲において、その基準点からある距離離れた測定点における誤差量を知る方式が非特許文献１に示されている。
【特許文献１】特表２００３−５０９６７１号公報
【特許文献２】特表２０００−５０２８０２号公報
【特許文献３】特開２００１−２６４４０９号公報
【特許文献４】特開２００２−１９６０６０号公報
【特許文献５】米国特許第６３１１１２９号明細書
【非特許文献１】RTK Networks based on Geo++ GNSMART （登録商標）- Concepts, Implementation, Results (Gerhard Wuebbena, Andreas Bagge, Martin Schmitz) International Technical Meeting, ION GPS-01, Sept. 11-14, 2001)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の移動体の位置推定装置は上記のように構成されており、ＩＭＵの加速度検出を基に入力を行い、位置情報を得るＩＮＳ航法の出力は、ＩＭＵで得られる加速度の値が正確とは云い難いので、ＩＮＳ航法の出力である位置情報の精度は正確であるとは云い難い。
また、ＧＰＳ航法による場合は、ＧＰＳ航法で得られる位置情報に種々の誤差要因を含んでいるため、ＧＰＳ航法による出力位置の精度も正確ではない。
また、ＩＮＳ航法の出力位置を、カルマンフィルタを介して補正するためにＧＰＳ航法を複合して用いる複合航法があるが、ＧＰＳ航法で得られる位置情報も種々の誤差要因を含んでいるので、ＧＰＳ航法で得られる位置情報で補正しても、その精度も必ずしも正確ではない。
【０００６】
この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、慣性航法における加速度信号を含む距離情報の入力側の正確度を高めて、演算された移動体の航法位置を正確な値とする。また、測位航法における入力側の擬似距離の正確度を高め、更に帰還情報の質を高めて、結果的により正しい位置情報を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明による移動体測位装置は、測位衛星からの情報を受信して測位衛星から移動体への複数の擬似距離と測位衛星の航法暦を求めて、また測位航法により測位航法速度と測位航法位置を出力する測位航法部と、慣性航法により慣性航法速度と慣性航法位置を出力する慣性航法部と、状態推定値を出力するカルマンフィルタと、により移動体の航法位置を求める測位装置において、
広域補正情報で誤差補正された測位衛星と移動体間のドップラ観測値を入力すると共に、上記航法暦とカルマンフィルタが出力する上記状態推定値とにより測位衛星と移動体間の相対速度の計算をして測位衛星と移動体間のドップラ推定値を求め、このドップラ推定値と、誤差補正された上記ドップラ観測値とを比較し、比較結果に基づいて、上記複数の擬似距離から所定の擬似距離を選択して、選択擬似距離として出力する衛星情報選択部と、
上記測位衛星から受信した信号によって得られる搬送波位相情報を入力し、入力したこの搬送波位相情報と衛星情報選択部が出力する上記選択擬似距離とカルマンフィルタが出力する上記状態推定値とを演算して擬似距離推定値を求め、求めたこの擬似距離推定値を出力する擬似距離推定部とを備えて、
上記測位航法部は、擬似距離推定部が出力する上記擬似距離推定値を入力として、測位航法速度と測位航法位置を求めてこれらの測位航法速度と測位航法位置を出力し、
上記カルマンフィルタは、擬似距離推定部が出力する上記擬似距離推定値と、測位航法部が出力する上記測位航法速度と上記測位航法位置と、慣性航法部が出力する上記慣性航法速度と上記慣性航法位置とを入力として、状態推定値を演算して求めるようにした。
【発明の効果】
【０００８】
この構成または方法によれば、入力側の速度検出を含む加速度信号の信号精度を高めて、または正しい測位衛星による精度を上げた情報により、正確な慣性航法演算または測位航法演算に基づいた位置が得られる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
この実施の形態における移動体測位装置全体の概略構成図を図１に示す。移動体測位装置は、移動体に搭載されるものである。なお、図１以降の図において、黒丸は、結線結合点を示している。白丸は、加算器を示している。線は、信号（信号線）を示している。線先の矢印は、その線が示す信号の出力先を示している。加算器に入力される信号にマイナス記号（−）がある場合は、その信号値を減算することを示している。また図２は、ＳＦ（スケールファクタ）・速度推定部２４と加速度推定部２５の詳細構成を示す図である。
【００１０】
図１において、移動体測位装置は、衛星測位航法系（ＧＰＳ航法系）と慣性航法系（ＩＮＳ航法系）とカルマンフィルタ１６から構成される。ここで衛星測位航法とは、測位衛星と移動体との距離、正確には測位衛星と移動体に載せた受信機（ＧＰＳ部１１）との距離を電波の伝搬時間で測定して、測位計算を行うものである。そしてその結果、測位衛星からの信号受信で得られる擬似距離情報に基づいてＧＰＳ航法部での演算結果として移動体位置を出力する。また、カルマンフィルタにこのＧＰＳ航法位置の他に、ＧＰＳ航法部で得た速度をあわせてＧＰＳ航法状態量として出力する。
【００１１】
また慣性航法は、移動体に搭載した加速度検出器や車輪の車速（回転）パルスを検出する車速検出部（移動体速度検出部）（ＶＭＳ部）、更に移動体の進行方向を示すＦｏｒｗａｒｄ／Ｒｅｖｅｒｓｅ（Ｆ／Ｒ）検出部等による入力を用いて、移動体の移動距離を示す距離推定値や加速度推定値を出力する加速度推定部を持ち、この出力により航法演算してＩＮＳ航法位置を出力する。このように、安定で正しいＳＦを用いて、アライメントにより補正された加速度、距離情報により、ＩＮＳ航法部に対して正しい情報入力ができる。またＧＰＳ航法部と同様にカルマンフィルタに対して、ＩＮＳ航法部で関連して計算した速度や加速度からなる、ＩＮＳ航法状態量を出力する。
【００１２】
衛星測位航法系（ＧＰＳ航法系）として、以下の要素がある。先ずＧＰＳ衛星や準天頂衛星等の測位用の衛星からの信号を受信して擬似距離、ドップラ偏位等の観測量を得るＧＰＳ部１１がある。このＧＰＳ部１１から観測量のうち、擬似距離を入力とすると共に、複数の電子基準点に基づく位置誤差信号を広域補正情報として入力し、所定の補正情報を選択して擬似距離を補正し、補正後擬似距離を時系列に出力するＤＧＰＳ（Differential Global Positioning System）部１２が次にある。更に、ＤＧＰＳ部１２から時系列で得られる補正後擬似距離を含む観測量１２ａを入力とし、これらの情報がマルチパスによるものであるかどうかを判定し、マルチパスであると判定した場合はその補正後擬似距離を廃棄し、マルチパスではなくて正しいパスによる信号であると判断した場合はその補正後擬似距離を出力することにより正しいパスによる信号を選択して選択擬似距離１３ａとして出力する衛星情報選択部１３がある。
【００１３】
更に、この正しいパスであると判断された選択擬似距離１３ａを入力とし、各種の他の信号で補正して更に正しいと判断される擬似距離推定値１４ａを出力する擬似距離推定部１４がある。
こうしてＤＧＰＳ部、衛星情報選択部、擬似距離推定部を組合わせることによって、ＧＰＳ航法部に対して正しい擬似距離のみが選択されて入力される。この擬似距離推定値１４ａを入力とし、この入力を用いて位置計算して衛星測位航法による位置（ＧＰＳ航法位置）や関連速度からなるＩＮＳ航法状態量１５ａを出力するＧＰＳ航法部（衛星測位航法部）１５がある。
【００１４】
またＩＮＳ慣性航法系（ＩＮＳ航法系）として、移動体の角加速度や上下左右方向の加速度及び進行方向（距離方向）の加速度を検出するＩＭＵ部２１と、移動体の前方向進行または後方向進行を検出するＦ／Ｒ部２２と、移動体の移動量に応じて発生するパルス信号（車速パルス）を検出する車速検出部２３（移動体速度検出部）と、車速検出部２３から出力される車速検出信号としての、単位時間当たりの車速パルス数にスケールファクタ（ＳＦ）を乗算して移動体速度推定値２４ａを出力するＳＦ（スケールファクタ）・速度推定部２４がある。
ＳＦ・速度推定部２４は、移動体の速度が推定可能かどうかの条件に基づいて、ＧＰＳ航法部１５からの出力であるＧＰＳ航法状態量（位置、速度）１５ａの座標変換値とＩＮＳ航法部２６からの出力であるＩＮＳ航法状態量（位置、速度）２６ａの座標変換値とで得られる量から、より品質のよい出力を選択してスケールファクタを補正する。
【００１５】
ＩＮＳ航法系では更に、ＩＭＵ部２１から得られる進行方向加速度を、上記の移動体速度推定値２４ａで補正し、更に後に詳述するアライメント補正して、補正後の推定加速度を出力し、また後に詳述する演算をして距離推定値４５ａ、４７ａを出力する加速度推定部２５と、この推定加速度２５ａを更にカルマンフィルタ出力の誤差推定値１６ｂとの差をとって入力とし、また加速度推定部２５からの上記距離推定値と、カルマンフィルタ１６からの状態推定値１６ｃとをも入力として、ＩＮＳ航法位置を計算して出力するＩＮＳ航法部２６がある。
【００１６】
また、この両航法部の出力であるＧＰＳ航法状態量１５ａとＩＮＳ航法状態量２６ａと、擬似距離推定部１４から出力される擬似距離推定値１４ａと航法暦１１ａとを入力として、ＩＮＳ航法部２６側への帰還出力となる誤差推定値１６ｂ、状態推定値１６ｃを出力し、ＧＰＳ航法側の擬似距離推定部１４と衛星情報選択部１３とへの帰還出力となる状態推定値１６ａを出力するカルマンフィルタ１６がある。
カルマンフィルタ１６は、擬似距離推定値１４ａを用いた密結合と、ＧＰＳ航法部１５とＩＮＳ航法部２６からのそれぞれの出力であるＧＰＳ航法状態量とＩＮＳ航法状態量とを入力とする疎結合とを併用しており、航法状態量の差や各種センサの誤差を実時間で推定出力する際に、より詳しい情報を入力し、従ってより正しい誤差を推定して出力する。
なお図１では、ＧＰＳ航法部１５が出力する航法状態量１５ａの一部であるＧＰＳ航法位置と、ＩＮＳ航法部２６が出力する航法状態量２６ａの一部であるＩＮＳ航法位置とは、後段で適宜利用されるが、本実施の形態における構成と動作には関係しないので、ここでは説明を省略する。
【００１７】
図２により、移動体加速度・距離推定回路、つまりＳＦ・速度推定部２４と加速度推定部２５の詳細構成を説明する。
車速検出部２３は、移動体の速度（車速）相当を検出する要素である。これはディジタル信号であってもよく、アナログ信号であってもよい。例えばタイヤが一回転するたびにパルス発生させ、この発生パルスを送信する。従って単位時間当たりの車速パルスを数えれば、車の現在速度相当が判る。もっと云えば、車速パルスはタイヤが回転するたびにそれを検出しているなら、それをタイヤ周囲長に相当する換算係数で乗算すれば、時間当たりのパルス数なので、速度が判る。このときＦ／Ｒ部２２からの前方向進行か、後方向進行かの信号により、進行方向を判別する。ＳＦ・速度推定部２４は、車速パルスをＳＦ計算回路５１に入力する。ところでこの単位時間当たりの車速パルス数から速度への換算係数であるスケールファクタは、後に述べるように変動する。従って変動に追従して更新し、この更新したスケールファクタで速度を推定しなければならない。これに対応して、スケールファクタが更新可能かどうかを判定する推定可否判定回路５２がある。この条件については、動作説明の部分で記述する。
【００１８】
この推定可否判定回路５２により更新が可能と判断すると、スケールファクタ更新用の入力として、ＧＰＳ航法系とＩＮＳ航法系のどちらが適当かを入力切替え（または選択）指示としてカルマンフィルタ５３に出力する。この場合の位置に関する状態量としては、ＧＰＳ航法とＩＮＳ航法共に地球座標系で表現されるが、移動体の座標系はこれとは異なる。従ってこの両者の座標系を変換する必要があり、座標変換回路５４，５５がこれを行う。そしてＳＦ計算回路５１は、車速検出部２３からの車速パルスと、演算ループを構成するカルマンフィルタ５３からの出力を入力とし、スケールファクタを更新・保持して、以後、車速パルスを乗算して移動体速度推定値２４ａを出力する。
【００１９】
一方、加速度推定部２５は、先ずＩＭＵ部２１から進行方向加速度２１ａを含む各種の検出した加速度信号を入力する。図２においては、図１においては詳しく表示されていないが、ＩＭＵ部２１で得られる進行方向加速度の傾斜センサ等の傾斜検出器４１による傾斜補正も示している。傾斜検出器４１は、移動体が傾いていることを検出するもので、図２で出力の補正量４１ａとは、この検出した傾斜量から重力加速度のＸ軸方向、つまり進行方向加速度に換算して加減算すべき加速度補正量を出力する。
ＩＭＵ部２１から得られるＩＭＵ進行方向加速度２１ａをこの傾斜補正量４１ａで加速度補正をして、進行方向加速度２１ｂとし、進行方向加速度２１ｂを加速度推定部２５に入力する。
なお図４は、本実施の形態における移動体測位装置と入力の関係も示していて、この場合は自動車である移動体に搭載したＧＰＳ受信機により、ＧＰＳ衛星から擬似距離、ドップラ偏位等の情報を受信し、ＧＰＳ航法部でＧＰＳ航法距離を得る。なおこの際、ＧＰＳ衛星と移動体との間の上層に、図示していない電離層や対流圏があって、それらの変動が擬似距離の誤差要因になる。そして車に搭載したＩＭＵ部により加速度を検出し、また車速検出器により車速パルスを検出して、これらからＩＮＳ航法部で進行方向に移動した位置を得る。
【００２０】
図２に戻って、進行方向加速度２１ｂにも未だ変動要因がある。そのうちの、静止アライメント補正のための構成を説明する。
先ず静止アライメントを行うためには、静止状態での値を測定しなければならない。しかし最初に静止時にアライメントを行ってバイアス値を得ても、その後に車が受ける加速度変化や、センサの特性変化によって、その値が変化する。従って正しいと考えられる静止アライメントを時々刻々行って、進行方向加速度信号をバイアス値で補正しなければ、正しい進行方向加速度とはならない。本実施の形態では、走行中の僅かな安定期間を検出して、この僅かな期間に静止アライメントを行い、加速度信号に含まれるバイアス値を検出または測定して、その検出したバイアス値で進行方法加速度を補正する。
先ず、静止条件を判定する静止判定回路４２を設けて、この判定回路が複数の静止であると判定できる情報の一致により静止と判定した時のみ、静止アライメント検出回路４３が加速度信号に含まれるバイアス値を検出する。そして、次に更新するまでそのバイアス値を保持する。こうして加速度推定部２５は、ＩＭＵ部２１から得られる進行方向加速度を傾斜検出器４１が補正値４１ａとして出力する補正量で補正した進行方向加速度２１ｂを入力とし、上記静止アライメント検出回路４３が保持するバイアス値で補正して、更に後で述べる移動アライメントによる補正量でも補正して、推定加速度２５ａとして出力する。
【００２１】
また加速度推定部２５は、（ＩＭＵ）距離推定値を出力するためのＩＭＵ側の積分器４４，４５と、（ＶＭＳ）（ＶＭＳは移動体速度推定値側を意味する）距離推定値を出力するための積分器４７と、これら２つの距離推定値と更にＩＭＵ側、ＶＭＳ側の２つの速度を時系列入力として加速度誤差推定値７３ａと速度誤差推定値７６ａを出力する移動アライメント検出回路４６を持つ。
【００２２】
図３は、ＳＦ・速度推定部２４と加速度推定部２５の機能と動作を示すフロー図である。図２と図３を用いて移動体に載せたＩＭＵや車速検出で得られた加速度や速度から、進行方向の補正後加速度を得るまでの動作を説明する。
さて図２、図３において、ＳＦ・速度推定部２４内の推定可否判定回路５２は、図３のＳ２０１で、ＧＰＳ航法状態量１５ａとＩＮＳ航法状態量２６ａとの座標変換回路５４，５５により座標系を移動体の座標系に変換した距離相当の値と、検出車速度推定値２４ａとを監視し、移動体が一定速度以上で走行中であり、かつ加速度入力が少ないかまたは速度変動が少ない安定走行をしていて、情報品質が良くて距離計算が可能、という条件をみたした場合、スケールファクタ（ＳＦ）の推定が可能と判断する。スケールファクタは、上記で述べたように車速パルス数から距離に換算する際に使用する換算係数であるが、この値は例えば移動体が受ける加速度変動等、移動体である車の挙動で変動している。従って上記の安定走行条件を満足するときに変動が少ないとして、係数の更新を行う。
【００２３】
安定条件の判定を一つの入力のみで判定すると、誤判定の可能性があるが、しかし全ての条件を満たさなくても、代表的な複数の監視対象入力が安定走行条件を示していれば、推定可否判定回路５２は、Ｓ２０２でスケールファクタ（ＳＦ）の更新制御の信号をＳＦ・速度推定部２４の内部カルマンフィルタ５３に出す。そして更にＧＰＳ航法状態量１５ａの変換値か、ＩＮＳ航法状態量２６ａの変換値かのいずれを用いてスケールファクタ（ＳＦ）の更新をするかを示す、選択用の入力切替信号を出力する。
このＳＦ計算回路５１はＳ２０３で、ＩＮＳ航法状態量の変換値か、ＧＰＳ航法状態量の変換値か、を設定されたカルマンフィルタ５３と閉ループを構成して、スケールファクタ（ＳＦ）の更新値を計算する。その後、このＳＦの更新値を保持して、車速検出部２３で得られた単位時間当たりの車速パルスの数に基づいてそれを保持している係数で係数倍し、Ｓ２０４で移動体速度推定値２４ａを加速度推定部２５、推定可否判定回路５２、内部カルマンフィルタ５３に向けて出力する。
このＳＦの変動に追従して安定なＳＦの値を更新することは、移動体の位置計算精度向上に大いに寄与する。
【００２４】
一方、加速度推定部２５側では、静止判定回路４２がＳ２１１で、これは車速検出部２３からの車速パルスがほとんど出ていないということであるが、移動体速度推定値２４ａがしきい値以下であり、更に座標変換回路５４で換算したＧＰＳ航法状態量からも移動していないという複数の静止情報に基づいて、移動体の静止状態を判定している。
図５は静止アライメント検出回路４３の詳細を示す構成図である。静止判定回路４２がその入力信号を調べて、上記で述べた静止状態と判定すると、更新の起動がかかる。更にＳ２１２ａで、ＩＭＵ進行方向加速度２１ｂを標準偏差計算回路６２で標準偏差を求めて、遅延回路６３，６４によるそれらの時系列信号により計算可否判定回路６５でアライメント計算が可能な状態を検出する。
こうして静止アライメントが計算可能と判定すると、静止アライメント計算回路６６が補正後のＩＭＵ進行方向加速度２１ｂから低域フィルタを用いてバイアス値４３ａを測定する。つまりＳ２１２ｂで、静止アライメント検出回路４３の出力から補正量としてのバイアス値が得られる。
この例では、静止アライメントを行う条件として、車速パルスがほとんど出ていない、航法状態量が変化していない、アライメントが計算可能、の上記３つの条件の組合わせを説明した。しかし、ＳＦの更新時もそうであるが、更新条件を満足するかどうかを監視する入力としては、種々のバリエーションがあり、他の適切な監視入力を採用してもよい。
【００２５】
例えば図６は横軸が時間を示し、縦軸が加速度を示す実測値の例である。図の変動が多い実線は進行方向加速度の実測値を示しており、実測加速度は時間的に絶えず変動している。そして中央部分に横方向に水平な線は静止アライメント検出回路４３が保持している静止時加速度、つまりバイアス値を示している。図のＡ点のわずかな時間軸方向に安定な期間で静止判定回路４２による静止判定が行われて、その後に丸く囲んだ部分に示されるように、静止アライメント検出回路４３で静止時加速度の値が補正されてステップ状に更新されている。
このように静止アライメントが計算可能時に、絶えず静止アライメント検出回路４３によるバイアスの検出と進行方向加速度の補正を更新し、更新した値が保持される。そして移動体の移動に伴う各種の車の状態変動に追従して、適切に静止アライメントによる補正が行われる。
【００２６】
更に積分器４４と、図７にその詳細構成を示す移動アライメント検出回路４６によるＳ２１３ａの移動アライメントの検出と、Ｓ２１３ｂでの処理により、Ｓ２１４で速度推定値を出力する。
移動アライメント検出回路４６は、まず検出車速度推定値２４ａをサンプル／ホールド回路７１でサンプルホールドする。そしてそのサンプルホールド値と、ＩＭＵ側からの進行方向加速度２１ｂを更に静止アライメントを行って得たバイアス値で補正した加速度を積分した積分器４４との差分を、遅延回路７２を用いて微分して、加速度誤差推定回路７３を用いて加速度誤差推定値７３ａとして出力する。また検出車速度推定値２４ａを積分器４７で積分した移動距離と積分器４５による距離との差分を、サンプル／ホールド回路７４と遅延回路７５とを用い、速度誤差推定回路７６で推定して、速度誤差推定値７６ａを得る。
即ち図７の加速度誤差推定回路７３と、速度誤差推定回路７６が行う推定演算は、例えば過去の４点から最新の点まで、それらのサンプルの二乗平均値を求める。例えば速度誤差推定回路７６が行う演算は、図８でいえば横軸で１ないし５で示す５点のサンプル値を得て、点１から点５までを順次線でつないだ折れ線ではなくて、一次回帰線である一直線の太線で近似していることである。この加速度推定部２５で得られる検出車速度推定値とＩＭＵ側からの加速度による距離積算値との差を時系列で５点、サンプルしている。そしてこの５点を一次回帰線で近似したものを、時間を変えて順に図８（ａ）ないし（ｄ）に示す。図８（ａ）ないし（ｄ）の一直線の傾斜が加速度推定部２５の出力である速度推定値であり、図２でいえば、速度誤差推定回路７６からの出力７６ａと積分器４４との差である。加速度誤差推定回路７３による演算も、上記の速度誤差推定回路７６と同様な演算を行う。
【００２７】
こうして加速度推定部２５は、ＩＭＵからの補正された加速度入力と移動体速度推定値も用いてＳ２１５で二つの距離推定値、即ち（ＩＭＵ）距離推定値４５ａ、（ＶＭＳ）距離推定値４７ａを出力する。このＳＦ・速度推定部２４と加速度推定部２５とで加速度・距離推定回路を構成する。
ＩＮＳ航法部２６は、速度推定値２５ｂが入力として加わることもあるが、加速度推定部２５からの二つの距離推定値４５ａ、４７ａと、同じく加速度推定部２５の加速度出力をカルマンフィルタ１６の誤差推定値で補正した加速度と、を入力とする。勿論、進行方向加速度以外の角加速度も、ＩＭＵ部２１から、カルマンフィルタの出力である誤差推定値１６ｂで帰還補正をした後、ＩＮＳ航法部２６に入力して、航法演算に用いられる。
ＩＮＳ航法部としては、一般的な構成であるので、その動作詳細を述べることは省く。ただ、入力として、より正しいと考えられる加速度推定値と、距離推定値とを用いてＩＮＳ航法位置情報を得る。
【００２８】
ＧＰＳ系の動作を説明する。
ＧＰＳは、よく知られているように全地球上を覆域とする衛星を利用した測位システムであり、この目的のための衛星群がＧＰＳ衛星と呼ばれる。しかしその位置が必ずしも天頂真上近くにあるとは限らないので、準天頂衛星と呼ばれる３つの衛星からなる衛星群を利用することもできる。
準天頂衛星に関して説明する。準天頂衛星は、赤道面から約４５度の傾斜角になるように地球の自転に合わせて１日に１周回している。なお、赤道面からの傾斜角は、設計により任意に設定してよい。また、一例として昇交点赤経（赤道面との交点）において１２０度ずつ離れるように３機が配置されている。地表面上に投影される準天頂衛星軌道の軌跡は、地上を固定して考えた場合に、準天頂衛星は「８の字」または「涙滴型」を描くように周回している。３機の準天頂衛星は、軌道面を異にするが８時間ごとに交代（会合）することにより、切れ目なく日本上空に位置している。また、地域を日本で考えた場合、仰角が７０度以上の準天頂衛星が常に存在することになる。切れ目なく日本上空に位置しているため、仰角が７０度以上の準天頂衛星が常に存在し、受信者が地上で準天頂衛星から電波を受ける際、ビルの谷間でも電波を遮られることが少ない。
【００２９】
本実施の形態においては、更に後段における処理の必要上、ＤＧＰＳ方式を使用して、衛星軌道誤差や、電離層遅延誤差の影響を除いて、補正後擬似距離１２ａ、つまり更に精密な擬似距離、ドップラ観測値を得ることができる。図４は、測位衛星が出す信号から得られる代表的な情報の種類、即ち測定点までの擬似距離、ドップラ偏位、アルマナック／エフェメリスといった航法値も記載している。
ＧＰＳ受信部１１は、詳細データとして上に述べた擬似距離と、ドップラ偏位、搬送波位相の信号を観測量１２ａとして出す。また品質情報も出す。
また、従来のＤＧＰＳは、あらかじめ位置の確定している基準局における誤差量を求めるが、誤差量は、電離層遅延、対流圏遅延、衛星軌道誤差の和となる。しかし、電離層遅延、対流圏遅延、衛星軌道誤差等は、基線長に依存して値が大きくなり、基準点からの距離が大きくなると、即ち移動体が基準点から離れれば離れるほど、測位精度が劣化するなどの問題があった。
【００３０】
図９（ａ）は、非特許文献１に示されたＤＧＰＳ方式における誤差分布を多平面近似した誤差説明図であり、図９（ｂ）はある誤差平面における測定点での誤差を説明する図である。複数の基準点の観測情報から位置に依存する誤差成分を推定し、誤差成分を各基準点の周りに線形近似した誤差平面を示す。図において、複数の電子基準点からの情報があると、座標値Ｘ1,Ｙ1における測定点Ｓにおいて、Ｒ3平面で近似したＲ3内の基準点における誤差ｅ3に対して、その基準点から測定点までの距離に比例した面上の誤差ベクトル量Δｅを加えたｅ3＋Δｅを求めることができる。これは上記従来のＤＧＰＳが単にｅのみを求めるのに対し、Δｅだけ更に誤差を補正ができる。
本実施の形態においては、ＤＧＰＳ部１２が上記の複数の基準点情報としての広域補正情報を得て、上記の演算でｅ3＋Δｅを求める。即ちこの演算で得た誤差による木目細かい擬似距離の補正を行って、更に精度の高い距離情報としての、補正後擬似距離１２ａを得る。そして移動体は順に目的地に向かって移動するので、その移動経路に沿って図９（ａ）の、例えばＲ1,Ｒ3,Ｒ4と順々に、近似平面を選択して行くことで、常に精度の高い補正後擬似距離１２ａが求められる。
なお、ＤＧＰＳ部では、後に説明するドップラ偏位も、通常のＧＰＳ部出力による値よりも木目細かい誤差補正がされ、従ってより正しい値が出力される。
【００３１】
次にマルチパスの説明をする。図１０は衛星から到来する電波の経路を示したもので、直接信号Ｖseと記載の直接受信される経路と、マルチパス信号と記載の周囲の建物などによって反射して到達する経路が示してある。このように反射して到達する信号をマルチパスと呼ぶ。マルチパスは伝搬経路が通常の経路よりも長くなるため、測位計算結果にオフセットが発生する原因となる。この図は、マルチパスだけが受信される条件になっている。このようにマルチパスが主に受信される場合を識別し、その信号成分を除去することで、測位精度が向上する。
衛星から到来する電波の搬送波周波数が、発信源である衛星の運動と受信側の運動によって変化する、いわゆるドップラ偏位は両者の移動速度の伝搬方向成分から算出可能である。衛星の運動によるドップラ量は、直接信号とマルチパス信号の両者に共通であり、これをＶseとする。受信側の移動体の移動速度を図中のVrとすると、直接信号とマルチパス信号に発生するドップラ量は、図示されているように、それぞれVreとVre’になる。図のケースでは受信側の移動速度によるドップラ量は、絶対値だけでなく符号も異なっている事がわかる。
航法暦１１ａによって測位衛星の座標と移動速度を計算することが可能である。また一般的な測位衛星は遠方にあるため、測位装置の概略位置と概略速度がわかれば、ドップラ量を予測することが可能である。従って、このドップラ予測量と、実際に受信された信号のドップラ量を比較することで、マルチパスの影響を推定することが可能になる。
【００３２】
図１１は衛星からのＤＧＰＳ部１２を経由した信号から、マルチパスによる信号であると考えられる信号を除去する衛星情報選択部１３の詳細構成を示す図である。
また図１２はその選択機能と動作を示すフロー図である。図１２及び図１において、ＤＧＰＳ部１２の出力である観測量１２ａは、補正後擬似距離と広域補正情報で補正されたドップラ観測値を含んでいる。
ここで衛星情報選択とは、マルチパスで受信されていると判定される擬似距離を、誤りを含むデータとして演算対象データから削除し、直接信号による擬似距離の情報を選択することである。この目的のためにＧＰＳ信号のドップラ量を推定し、実際の観測値と比較して、マルチパスかどうかを判定する。例えば観測値が推定値と大きく異なる場合は、マルチパスによる観測値であると判定できる。そしてこの判定結果を用いて、マルチパスであると判定された測位衛星からの信号は廃棄し、直接信号である正しい信号のみを選択して後段に出力する。
【００３３】
先ずＧＰＳ信号を受信して、その中に含まれる航法暦１１ａに基づいて、衛星位置計算回路８３はステップＳ３０１で、衛星の位置計算をする。更にカルマンフィルタ１６からの出力である位置状態量のうち、位置情報から移動体の位置を知り、両者の差を求め、これを基にＳ３０２で視線ベクタ計算回路８４が視線ベクタを計算する。
航法暦１１ａからは衛星速度計算回路８２により求めた衛星の速度と、カルマンフィルタからの状態推定値１６ａのうち速度を示す値とを比較して測位衛星と移動体間の相対速度差から仮のドップラ量が得られる。これを内積回路８５で視線ベクタ成分のドップラ推定値８１ａが得られる。つまり進行方向に換算してのドップラ値が得られる。
【００３４】
マルチパス判定回路８６は、上記で得られた進行方向に対するドップラ推定値８１ａと、ＤＧＰＳ信号から得られる誤差補正された精密なドップラ観測値（１２ａ）との差を絶対値回路８７で絶対値をＳ３０４で得る。また先のカルマンフィルタ１６が出力する位置状態量のうち、移動体速度の視線ベクタ成分を内積回路８８で求める。視線ベクタ成分の絶対値を絶対値回路８９で得て、この値と先のドップラ差の絶対値とを、所定の条件で比較する。更にＳ３０５ａで判定回路９０により比較判定する。
マルチパスであることの判定基準は、視線ベクタ成分の絶対値差が大きいことである。この差が所定値以上であればマルチパス判定回路８６は廃棄の選択制御信号８６ａを出し、それに基づいて選択回路９１はＳ３１１で、マルチパスであるとしてその擬似距離は廃棄する。
こうしてＳ３０６において、衛星情報選択部１３からは、正しいと考えられる擬似距離及び関連情報のみが次段の擬似距離推定部１４に選択擬似距離１３ａとして出力される。即ちＤＧＰＳ部１２による広域補正情報により補正したドップラ観測値により、マルチパス判定が正しく行える。
上記の選択が正しく行われるためには、ＤＧＰＳ部１２からの補正されたドップラ値を用いることが必須である。つまり単にＧＰＳ部出力のドップラ値では不正確な値しか得られないが、ＤＧＰＳ部１２を経由して広域補正情報により補正された補正後擬似距離１２ａに含まれるドップラ観測値を用いることで正しい選択ができる。
【００３５】
図１３（ａ）は擬似距離推定部１４の詳細構成を示す図であり、図１４は擬似距離推定部１４の機能と動作を示すフロー図である。
擬似距離の観測量にはＧＰＳ受信機の時計誤差の影響が含まれる。図１３（ａ）において、ＧＰＳ航法部１５での演算結果から得られる時計誤差推定値１５ｂにより擬似距離換算回路１０１が時計誤差分を距離値に換算し、この値で前段からの選択擬似距離１３ａを補正して、Ｓ４０１で、受信機時計誤差を除去する。
擬似距離平滑計算の動作を図１３（ｂ）に示す詳細構成図に基づいて説明する。ＧＰＳ部１１から出力され、ＤＧＰＳ部１２で誤差補正されて出力される搬送波位相１２ｂの観測量を、遅延回路１２１と減算器で差分をとって搬送波位相の変動分を得て、適応計算回路１２２への入力とする。適応計算回路１２２はＳ４０２で、この搬送波位相の変動分と、先に述べた時計誤差換算による補正を受けた選択擬似距離と、カルマンフィルタ出力の状態推定値１６ａとで時間系列の重み付けして適応計算し、乗算回路１２３の乗数Ｋを制御する。
一方Ｓ４０３では、搬送波位相の変動分と遅延回路１２４とを加算して擬似距離予測値を得る。Ｓ４０４で、この擬似距離予測値と先に補正して得ている擬似距離との差分を、適応計算回路１２２の出力指示であるＫ倍して乗算回路１２３が出力し、先の擬似距離予測値と加算して、擬似距離平滑計算回路１０２の出力である擬似距離平滑値１０２ａとする。
即ち品質の優れた搬送波位相観測量を用いて擬似距離観測量に含まれる雑音を除去する。二つをそれぞれ重み付けして加算して、移動体の挙動や擬似距離の変化に応じて平滑定数Ｋを時系列で適応変化させて、雑音除去特性を高めている。
【００３６】
ここで図１３（ａ）に戻って、入力の航法暦を用いて衛星位置計算回路１０３が計算した衛星位置と、状態推定値１６ａのうちの移動体位置との差分を計算し、絶対値回路１０５へ出力する。また衛星位置計算回路１０３の出力から仰角計算回路１０４により擬似距離の情報を得ている測位衛星への仰角を求め、Ｓ４０５で、重み付け回路１０６と推定計算回路１０８により、未だ除去されていない対流圏誤差を推定する。同時にＧＰＳ部１１からの擬似距離品質情報から、重み付け回路１０７と推定計算回路１０９により、未除去のマルチパス誤差等による位置誤差を推定する。これらの合計推定誤差と、先の比較した差分とを乗算回路１１０で乗算し、推定計算回路１１１で過去の値を二乗平均計算して補正値１１１ａを得る。
擬似距離推定部１４はＳ４０６で、最終的にこの補正値１１１ａで補正した擬似距離推定値１４ａを出力し、ＧＰＳ航法部１５への入力とする。
なお、この場合も搬送波位相と擬似距離は、ＧＰＳ部１１からの値を用いたのでは誤った擬似距離推定値となることもある。ＤＧＰＳ部１２を経由して誤差補正された値を用いて、はじめて正しい擬似距離推定値１４ａが得られる。
【００３７】
ＧＰＳ航法部１５の構成はよく知られているので、その動作を特に詳述はしない。入力として補正がされた擬似距離推定値１４ａが用いられるので、得られるＧＰＳ航法位置としてより正しい値が得られる。
カルマンフィルタ１６の入力として、疎結合ではＩＮＳ航法部２６からのＩＮＳ航法位置とＧＰＳ航法部１５からのＧＰＳ航法位置が用いられるが、本実施の形態では、更に擬似距離推定部１４からのドップラ値も含む擬似距離推定値１４ａも用いられる密結合としている。
カルマンフィルタ１６の帰還出力は状態推定値１６ｃとしてＩＮＳ航法部２６への入力と、誤差推定値１６ｂによる加速度補正とに用いられ、またＧＰＳ系に対しては状態推定値１６ａとして擬似距離推定部１４と衛星情報選択部１３に出力される。
【００３８】
こうしてＩＮＳ系に対しては、安定入力が得られる場合に、誤差を少なくした状態でスケールファクタ（ＳＦ）を求めて更新し、その値を次の更新時まで保持して、また静止アライメントが行える状態を検出してバイアス値を更新し、移動アライメントを帰還量から正しいと思われる値を推定して、それらを用いて加速度誤差を補正して正しい加速度入力としている。即ち、車速パルス入力が所定の安定した入力状態である場合に、スケールファクタ補正し、同じく静止していることが明らかな場合にのみ、加速度信号に含まれるバイアス値を測定して、その測定したバイアス値で入力の加速度信号を補正する加速度・距離推定回路を用いて、航法計算の精度を高めている。
またＧＰＳ系に対しては、複数の電子基準点による広域補正情報を含んだＤＧＰＳ部で擬似距離誤差を補正し、マルチパスの影響を除き、搬送波位相や時計誤差推定や過去サンプルの二乗平均計算による値推定と残存誤差除去により入力情報の質を高め、更にそれ自体、擬似距離推定部からの擬似距離推定値を併用して推定精度を高めたカルマンフィルタと一体となった擬似距離推定を行い、航法計算の精度を高めている。
【００３９】
上記説明では、各構成要素はハードウェアであるとして説明したが、各構成要素は同一の機能を持つソフトウェアのプログラムをＲＯＭまたは不揮発性ＲＡＭに組み込み、マイクロプロセッサでそれらを読み出して図３、図１２、図１４に示す機能を実行するようにした構成としてもよい。その場合は、各フロー図におけるステップＳの機能が、対応する構成図中の要素の機能と同様の動作をする。またＧＰＳ航法部１５とＩＮＳ航法部も、他の要素と同様にプログラムを組み込んで、ソフトウェアで機能を得るようにしてもよい。
また、上記の各構成要素を、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせで実現してもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の実施の形態１における移動体測位装置の構成図である。
【図２】実施の形態１におけるスケールファクタ・速度推定部と加速度誤差推定部の詳細構成図である。
【図３】実施の形態１におけるスケールファクタ・速度推定部と加速度誤差推定部の機能と動作を示すフロー図である。
【図４】移動体が受ける加速度を説明する図である。
【図５】実施の形態１における静止アライメント検出回路の詳細構成図である。
【図６】実加速度データと静止アライメント検出回路により得られる静止加速度値（バイアス値）の例を示す図である。
【図７】実施の形態１における移動アライメント検出回路の詳細構成図である。
【図８】移動アライメント検出回路により得られる傾斜係数の例を示す図である。
【図９】ＤＧＰＳ方式における誤差分布を多平面近似した誤差説明図である。
【図１０】マルチパスとマルチパスによる影響を説明する図である。
【図１１】実施の形態１における衛星情報選択部の詳細構成図である。
【図１２】実施の形態１における衛星情報選択部の機能と動作を示すフロー図である。
【図１３】実施の形態１における擬似距離推定部の詳細構成図である。
【図１４】実施の形態１における擬似距離推定部の機能と動作を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００４１】
１２ ＤＧＰＳ部、１３ 衛星情報選択部、１４ 擬似距離推定部、１５ ＧＰＳ航法部、１６ カルマンフィルタ、２４ スケールファクタ（ＳＦ）・速度推定部、２５ 加速度推定部、２６ ＩＮＳ航法部、４２ 静止判定回路、４３ 静止アライメント検出回路、４６ 移動アライメント検出回路、５１ ＳＦ計算回路、５２ 推定可否判定回路、５３ カルマンフィルタ、８１ ドップラ推定回路、８６ マルチパス判定回路、９１ 選択回路、１０２ 擬似距離平滑計算回路、Ｓ２０１ ＳＦ推定可能判定ステップ、Ｓ２０２ 計算用入力切替設定ステップ、Ｓ２０３ ＳＦ更新ステップ、Ｓ２０４ 移動体速度推定値計算ステップ、Ｓ２１１ 静止判定ステップ、Ｓ２１２ａ 静止アライメント検出ステップ、Ｓ２１２ｂ 静止アライメントによる補正ステップ、Ｓ２１３ａ 移動アライメント検出ステップ、Ｓ２１３ｂ 移動アライメントによる処理ステップ、Ｓ２１４ 速度推定値計算ステップ、Ｓ２１５ 距離推定値計算ステップ、Ｓ３０１ 衛星位置計算ステップ、Ｓ３０２ 視線ベクタ計算ステップ、Ｓ３０３ ドップラ推定値計算ステップ、Ｓ３０４ ドップラ推定値とドップラ観測値との差検出ステップ、Ｓ３０５ａ 推定値と観測値間の差と、移動体速度の視線ベクタ成分との比較ステップ、３０５ｂ 比較結果が所定値以内にあるかを判定するステップ、Ｓ３０６ 正規パスとして擬似距離を出力するステップ、Ｓ３１１ マルチパスとしてデータ廃棄ステップ、Ｓ４０１ 搬送波位相変動計算ステップ、Ｓ４０２ 位相変動と時計誤差補正後の擬似距離とカルマンフィルタからの状態推定値とによる適応計算ステップ、Ｓ４０３ 遅延出力と位相変動とによる擬似距離予測値計算ステップ、Ｓ４０４ 擬似距離予測値と擬似距離入力との差の適応計算結果である乗数Ｋ倍後と、予測値との差による擬似距離平滑値取得ステップ、Ｓ４０５，Ｓ４０６ 擬似距離平滑値と推定計算結果との差による擬似距離推定値取得ステップ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測位衛星からの情報を受信して測位衛星から移動体への複数の擬似距離と測位衛星の航法暦を求めて、また状態推定値を出力するカルマンフィルタを用いて移動体の航法位置を計算する測位装置に用いられる測位航法用擬似距離推定回路において、
広域補正情報で誤差補正された測位衛星と移動体間のドップラ観測値を入力すると共に、上記航法暦とカルマンフィルタが出力する上記状態推定値とにより測位衛星と移動体間の相対速度の計算をして測位衛星と移動体間のドップラ推定値を求め、該ドップラ推定値と、誤差補正された上記ドップラ観測値とを比較し、比較結果に基づいて、上記複数の擬似距離から所定の擬似距離を選択して、選択擬似距離として出力する衛星情報選択部と、
上記測位衛星から受信した信号によって得られる搬送波位相情報を入力し、入力した該搬送波位相情報と衛星情報選択部が出力する上記選択擬似距離とカルマンフィルタが出力する上記状態推定値とを演算して擬似距離推定値を求め、求めた該擬似距離推定値を出力する擬似距離推定部、とを備えたことを特徴とする測位航法用擬似距離推定回路。
【請求項２】
測位衛星からの情報を受信して測位衛星から移動体への複数の擬似距離と測位衛星の航法暦を求めて、また測位航法により測位航法速度と測位航法位置を出力する測位航法部と、慣性航法により慣性航法速度と慣性航法位置を出力する慣性航法部と、状態推定値を出力するカルマンフィルタと、により移動体の航法位置を求める測位装置において、
広域補正情報で誤差補正された測位衛星と移動体間のドップラ観測値を入力すると共に、上記航法暦とカルマンフィルタが出力する上記状態推定値とにより測位衛星と移動体間の相対速度の計算をして測位衛星と移動体間のドップラ推定値を求め、該ドップラ推定値と、誤差補正された上記ドップラ観測値とを比較し、比較結果に基づいて、上記複数の擬似距離から所定の擬似距離を選択して、選択擬似距離として出力する衛星情報選択部と、
上記測位衛星から受信した信号によって得られる搬送波位相情報を入力し、入力した該搬送波位相情報と衛星情報選択部が出力する上記選択擬似距離とカルマンフィルタが出力する上記状態推定値とを演算して擬似距離推定値を求め、求めた該擬似距離推定値を出力する擬似距離推定部とを備えて、
上記測位航法部は、擬似距離推定部が出力する上記擬似距離推定値を入力として、測位航法速度と測位航法位置を求めて該測位航法速度と測位航法位置を出力し、
上記カルマンフィルタは、擬似距離推定部が出力する上記擬似距離推定値と、測位航法部が出力する上記測位航法速度と上記測位航法位置と、慣性航法部が出力する上記慣性航法速度と上記慣性航法位置とを入力として、上記状態推定値を演算して求めるようにしたことを特徴とする移動体測位装置。
【請求項３】
測位衛星からの情報を受信して測位衛星から移動体への複数の擬似距離と測位衛星の航法暦を求めて、また測位航法により測位航法速度と測位航法位置を出力する測位航法部と、慣性航法により慣性航法速度と慣性航法位置を出力する慣性航法部と、状態推定値を出力するカルマンフィルタと、により移動体の航法位置を求める測位装置において、
広域補正情報で誤差補正された測位衛星と移動体間のドップラ観測値を入力すると共に、上記航法暦とカルマンフィルタが出力する上記状態推定値とにより測位衛星と移動体間の相対速度の計算をして測位衛星と移動体間のドップラ推定値を求め、該ドップラ推定値と、誤差補正された上記ドップラ観測値とを比較し、比較結果に基づいて、上記複数の擬似距離から所定の擬似距離を選択して、選択擬似距離として出力する衛星情報選択部と、
上記測位衛星から受信した信号によって得られる搬送波位相情報を入力し、入力した該搬送波位相情報と衛星情報選択部が出力する上記選択擬似距離とカルマンフィルタが出力する上記状態推定値とを演算して擬似距離推定値を求め、求めた該擬似距離推定値を出力する擬似距離推定部と、
移動体の移動に伴い得られる移動体速度検出信号を入力すると共に、上記移動体速度検出信号から移動体速度に換算する係数をスケールファクタとし、複数の所定条件を満たす場合に、測位航法部の出力である上記測位航法速度と上記測位航法位置とからなる情報と、慣性航法部の出力である上記慣性航法速度と上記慣性航法位置とからなる情報との少なくともいずれかの情報を選択し、該選択した情報に基づいて上記スケールファクタを更新し、該スケールファクタを用いて上記移動体速度検出信号から移動体速度推定値を計算して出力するスケールファクタ・速度推定部と、
移動体の進行方向加速度信号を入力すると共に、移動体の静止を検出する複数の信号により移動体の静止を判定して、該静止判定時に上記進行方向加速度信号に含まれるバイアス値を測定して、該測定したバイアス値を用いて上記進行方向加速度信号を補正し、かつ該補正後の進行方向加速度信号と上記スケールファクタ・速度推定部が出力する上記移動体速度推定値とを用いて、移動体の推定加速度と距離推定値とを計算して出力する加速度推定部と、を備え、
上記カルマンフィルタは、擬似距離推定部が出力する上記擬似距離推定値と、測位航法部が出力する上記測位航法速度と上記測位航法位置と、慣性航法部が出力する上記慣性航法速度と上記慣性航法位置とを入力として、状態推定値を演算して求めるようにし、
上記慣性航法部は、加速度推定部が出力する上記推定加速度と上記距離推定値と、カルマンフィルタが出力する上記状態推定値とを入力として、移動体の慣性航法速度と慣性航法位置を演算で求め、求めた該慣性航法速度と慣性航法位置を出力するようにしたことを特徴とする移動体測位装置。
【請求項４】
測位衛星からの情報を受信して測位衛星から移動体への複数の擬似距離と測位衛星の航法暦を求めるステップと、また測位航法により測位航法速度と測位航法位置を出力する測位航法演算ステップと、慣性航法により慣性航法速度と慣性航法位置を出力する慣性航法演算ステップと、状態推定値を出力するカルマンフィルタ演算ステップと、により移動体の航法位置を求める測位方法において、
広域補正情報で誤差補正された測位衛星と移動体間のドップラ観測値を入力するステップと、
上記航法暦とカルマンフィルタ演算ステップが出力する上記状態推定値とにより測位衛星と移動体間の相対速度の計算をして測位衛星と移動体間のドップラ推定値を求め、該ドップラ推定値と、誤差補正された上記ドップラ観測値とを比較し、比較結果に基づいて、上記複数の擬似距離から所定の擬似距離を選択して、選択擬似距離として出力する衛星情報選択ステップと、
上記測位衛星から受信した信号によって得られる搬送波位相情報を入力するステップと、
該搬送波位相情報と衛星情報選択ステップが出力する上記選択擬似距離とカルマンフィルタ演算ステップが出力する上記状態推定値とを演算して擬似距離推定値を求め、求めた該擬似距離推定値を出力する擬似距離推定ステップとを備えて、
上記測位航法演算ステップは、擬似距離推定ステップが出力する上記擬似距離推定値を入力し、測位航法速度と測位航法位置を演算して求めて、該測位航法速度と測位航法位置を出力するステップとし、
上記カルマンフィルタ演算ステップは、擬似距離推定ステップが出力する上記擬似距離推定値と、測位航法演算ステップが出力する上記測位航法速度と上記測位航法位置と、慣性航法演算ステップが出力する上記慣性航法速度と上記慣性航法位置とを入力として、位置状態量を演算で求めるステップとしたことを特徴とする移動体測位方法。
【請求項１】
測位衛星からの情報を受信して測位衛星から移動体への複数の擬似距離と測位衛星の航法暦を求めて、また状態推定値を出力するカルマンフィルタを用いて移動体の航法位置を計算する測位装置に用いられる測位航法用擬似距離推定回路において、
広域補正情報で誤差補正された測位衛星と移動体間のドップラ観測値を入力すると共に、上記航法暦とカルマンフィルタが出力する上記状態推定値とにより測位衛星と移動体間の相対速度の計算をして測位衛星と移動体間のドップラ推定値を求め、該ドップラ推定値と、誤差補正された上記ドップラ観測値とを比較し、比較結果に基づいて、上記複数の擬似距離から所定の擬似距離を選択して、選択擬似距離として出力する衛星情報選択部と、
上記測位衛星から受信した信号によって得られる搬送波位相情報を入力し、入力した該搬送波位相情報と衛星情報選択部が出力する上記選択擬似距離とカルマンフィルタが出力する上記状態推定値とを演算して擬似距離推定値を求め、求めた該擬似距離推定値を出力する擬似距離推定部、とを備えたことを特徴とする測位航法用擬似距離推定回路。
【請求項２】
測位衛星からの情報を受信して測位衛星から移動体への複数の擬似距離と測位衛星の航法暦を求めて、また測位航法により測位航法速度と測位航法位置を出力する測位航法部と、慣性航法により慣性航法速度と慣性航法位置を出力する慣性航法部と、状態推定値を出力するカルマンフィルタと、により移動体の航法位置を求める測位装置において、
広域補正情報で誤差補正された測位衛星と移動体間のドップラ観測値を入力すると共に、上記航法暦とカルマンフィルタが出力する上記状態推定値とにより測位衛星と移動体間の相対速度の計算をして測位衛星と移動体間のドップラ推定値を求め、該ドップラ推定値と、誤差補正された上記ドップラ観測値とを比較し、比較結果に基づいて、上記複数の擬似距離から所定の擬似距離を選択して、選択擬似距離として出力する衛星情報選択部と、
上記測位衛星から受信した信号によって得られる搬送波位相情報を入力し、入力した該搬送波位相情報と衛星情報選択部が出力する上記選択擬似距離とカルマンフィルタが出力する上記状態推定値とを演算して擬似距離推定値を求め、求めた該擬似距離推定値を出力する擬似距離推定部とを備えて、
上記測位航法部は、擬似距離推定部が出力する上記擬似距離推定値を入力として、測位航法速度と測位航法位置を求めて該測位航法速度と測位航法位置を出力し、
上記カルマンフィルタは、擬似距離推定部が出力する上記擬似距離推定値と、測位航法部が出力する上記測位航法速度と上記測位航法位置と、慣性航法部が出力する上記慣性航法速度と上記慣性航法位置とを入力として、上記状態推定値を演算して求めるようにしたことを特徴とする移動体測位装置。
【請求項３】
測位衛星からの情報を受信して測位衛星から移動体への複数の擬似距離と測位衛星の航法暦を求めて、また測位航法により測位航法速度と測位航法位置を出力する測位航法部と、慣性航法により慣性航法速度と慣性航法位置を出力する慣性航法部と、状態推定値を出力するカルマンフィルタと、により移動体の航法位置を求める測位装置において、
広域補正情報で誤差補正された測位衛星と移動体間のドップラ観測値を入力すると共に、上記航法暦とカルマンフィルタが出力する上記状態推定値とにより測位衛星と移動体間の相対速度の計算をして測位衛星と移動体間のドップラ推定値を求め、該ドップラ推定値と、誤差補正された上記ドップラ観測値とを比較し、比較結果に基づいて、上記複数の擬似距離から所定の擬似距離を選択して、選択擬似距離として出力する衛星情報選択部と、
上記測位衛星から受信した信号によって得られる搬送波位相情報を入力し、入力した該搬送波位相情報と衛星情報選択部が出力する上記選択擬似距離とカルマンフィルタが出力する上記状態推定値とを演算して擬似距離推定値を求め、求めた該擬似距離推定値を出力する擬似距離推定部と、
移動体の移動に伴い得られる移動体速度検出信号を入力すると共に、上記移動体速度検出信号から移動体速度に換算する係数をスケールファクタとし、複数の所定条件を満たす場合に、測位航法部の出力である上記測位航法速度と上記測位航法位置とからなる情報と、慣性航法部の出力である上記慣性航法速度と上記慣性航法位置とからなる情報との少なくともいずれかの情報を選択し、該選択した情報に基づいて上記スケールファクタを更新し、該スケールファクタを用いて上記移動体速度検出信号から移動体速度推定値を計算して出力するスケールファクタ・速度推定部と、
移動体の進行方向加速度信号を入力すると共に、移動体の静止を検出する複数の信号により移動体の静止を判定して、該静止判定時に上記進行方向加速度信号に含まれるバイアス値を測定して、該測定したバイアス値を用いて上記進行方向加速度信号を補正し、かつ該補正後の進行方向加速度信号と上記スケールファクタ・速度推定部が出力する上記移動体速度推定値とを用いて、移動体の推定加速度と距離推定値とを計算して出力する加速度推定部と、を備え、
上記カルマンフィルタは、擬似距離推定部が出力する上記擬似距離推定値と、測位航法部が出力する上記測位航法速度と上記測位航法位置と、慣性航法部が出力する上記慣性航法速度と上記慣性航法位置とを入力として、状態推定値を演算して求めるようにし、
上記慣性航法部は、加速度推定部が出力する上記推定加速度と上記距離推定値と、カルマンフィルタが出力する上記状態推定値とを入力として、移動体の慣性航法速度と慣性航法位置を演算で求め、求めた該慣性航法速度と慣性航法位置を出力するようにしたことを特徴とする移動体測位装置。
【請求項４】
測位衛星からの情報を受信して測位衛星から移動体への複数の擬似距離と測位衛星の航法暦を求めるステップと、また測位航法により測位航法速度と測位航法位置を出力する測位航法演算ステップと、慣性航法により慣性航法速度と慣性航法位置を出力する慣性航法演算ステップと、状態推定値を出力するカルマンフィルタ演算ステップと、により移動体の航法位置を求める測位方法において、
広域補正情報で誤差補正された測位衛星と移動体間のドップラ観測値を入力するステップと、
上記航法暦とカルマンフィルタ演算ステップが出力する上記状態推定値とにより測位衛星と移動体間の相対速度の計算をして測位衛星と移動体間のドップラ推定値を求め、該ドップラ推定値と、誤差補正された上記ドップラ観測値とを比較し、比較結果に基づいて、上記複数の擬似距離から所定の擬似距離を選択して、選択擬似距離として出力する衛星情報選択ステップと、
上記測位衛星から受信した信号によって得られる搬送波位相情報を入力するステップと、
該搬送波位相情報と衛星情報選択ステップが出力する上記選択擬似距離とカルマンフィルタ演算ステップが出力する上記状態推定値とを演算して擬似距離推定値を求め、求めた該擬似距離推定値を出力する擬似距離推定ステップとを備えて、
上記測位航法演算ステップは、擬似距離推定ステップが出力する上記擬似距離推定値を入力し、測位航法速度と測位航法位置を演算して求めて、該測位航法速度と測位航法位置を出力するステップとし、
上記カルマンフィルタ演算ステップは、擬似距離推定ステップが出力する上記擬似距離推定値と、測位航法演算ステップが出力する上記測位航法速度と上記測位航法位置と、慣性航法演算ステップが出力する上記慣性航法速度と上記慣性航法位置とを入力として、位置状態量を演算で求めるステップとしたことを特徴とする移動体測位方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−２０８３９２（Ｐ２００６−２０８３９２Ａ）
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６３４５６（Ｐ２００６−６３４５６）
【出願日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【分割の表示】特願２００４−２２３（Ｐ２００４−２２３）の分割
【原出願日】平成１６年１月５日（２００４．１．５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【分割の表示】特願２００４−２２３（Ｐ２００４−２２３）の分割
【原出願日】平成１６年１月５日（２００４．１．５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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