測位装置、その制御方法、制御プログラム及びその記録媒体
【課題】非同期の通信システムにおけるRTTを併用して2次元測位を行い、位置誤差の少ない位置を出力することができる測位装置等を提供すること。
【解決手段】2個のSPS衛星についての各擬似距離と各SPS衛星の軌道情報に基づいて、測位装置20の推定位置を示す推定線を算出する推定線算出手段と、通信信号が通信基地局40と測位装置20との間を往復する往復時間と通信基地局40の位置に基づいて、測位装置20の予想位置を示す予想円を算出する予想円算出手段と、SPS衛星から各共有点への視線方向ベクトルと衛星信号の発信周波数に基づいて、予想ドップラー偏移を算出する予想ドップラー偏移算出手段と、推定線と予想円との各共有点について、予想ドップラー偏移と実測ドップラー偏移との差分を算出する差分算出手段と、小さい方の差分に対応する共有点を、測位装置が出力するための出力位置として選択する出力位置選択手段と、を有する。
【解決手段】2個のSPS衛星についての各擬似距離と各SPS衛星の軌道情報に基づいて、測位装置20の推定位置を示す推定線を算出する推定線算出手段と、通信信号が通信基地局40と測位装置20との間を往復する往復時間と通信基地局40の位置に基づいて、測位装置20の予想位置を示す予想円を算出する予想円算出手段と、SPS衛星から各共有点への視線方向ベクトルと衛星信号の発信周波数に基づいて、予想ドップラー偏移を算出する予想ドップラー偏移算出手段と、推定線と予想円との各共有点について、予想ドップラー偏移と実測ドップラー偏移との差分を算出する差分算出手段と、小さい方の差分に対応する共有点を、測位装置が出力するための出力位置として選択する出力位置選択手段と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、非同期の通信システムにおけるRTTを併用して、2次元測位を行うことができる測位装置、その制御方法、制御プログラム及びその記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、衛星航法システムである例えば、GPS(Global Positioning System)を利用してGPS受信機の現在位置を測位する測位システムが実用化されている(例えば、特許文献1)。
GPS受信機は、例えば、上空に位置して観測可能なGPS衛星を算出し、例えば、4個のGPS衛星の組を選択する。そして、GPS受信機は、各GPS衛星の組について、各GPS衛星から信号(以後、衛星信号と呼ぶ)を受信し、衛星信号が各GPS衛星から発信された時刻とGPS受信機に到達した時刻との差(以後、遅延時間と呼ぶ)によって、各GPS衛星とGPS受信機との間の距離(以後、擬似距離と呼ぶ)を求める。GPS受信機は、各GPS衛星の衛星軌道上の位置と、上述の擬似距離を使用して、GPS受信機の現在位置の測位結果を算出するようになっている。そして、GPS受信機は、各GPS衛星の組について、それぞれ測位結果を算出し、複数の測位結果の中から、真の位置に近いと考えられる位置を選択して、出力するようになっている。
上述の測位のためには、最低3個のGPS衛星から衛星信号を受信する必要がある。
ところが、常に、3個以上のGPS衛星から衛星信号を受信することができるとは限らない。
このため、2個のGPS衛星からの衛星信号と、携帯電話のキャリア波を併用して、測位を行う技術が提案されている。例えば、携帯電話のキャリア波に乗せられた信号が通信基地局と(携帯電話機を兼ねたGPS受信機との間を往復する時間(以後、RTT(Round Trip Time)と呼ぶ)を算出し、通信基地局の位置とRTTを利用して、GPS受信機の位置についての方程式(2次元測位をする前提で、未知数は、緯度、経度、及び時刻の3つ)を作成し、2個のGPS衛星からの衛星信号を使用して作成した2つの方程式(未知数は、緯度、経度及び時刻の3つ)と合わせて、現在位置の緯度及び経度を算出する。
【特許文献1】特開2000−131415号公報(図1等)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
ところが、RTTを併用する測位においては、通信基地局からキャリア波に乗せられた信号が発信されるタイミングがGPS時刻と同期している必要がある。このため、通信基地局は、GPS時刻に同期した、例えば、gpsOneのような同期システムである必要がある。同期システムは、同期のための設備に要するコストや、その設備の調整のためのコストが多大になる場合があるという問題がある。
【0004】
そこで、本発明は、非同期の通信システムにおけるRTTを併用して2次元測位を行い、位置誤差の少ない位置を出力することができる測位装置、その制御方法、制御プログラム及びその記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
前記目的は、第1の発明によれば、SPS(Satellite Positioing System)衛星からの衛星信号と、前記SPS衛星と時刻非同期の通信基地局からの通信信号を使用して2次元測位を行う測位装置であって、前記SPS衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信手段と、2個の前記SPS衛星から前記衛星信号を受信して算出した各擬似距離と各前記SPS衛星の軌道情報に基づいて、前記測位装置の推定位置を示す推定線を算出する推定線算出手段と、前記通信信号が前記通信基地局と前記測位装置との間を往復する往復時間を取得する往復時間取得手段と、前記往復時間と前記通信基地局の位置に基づいて、前記測位装置の予想位置を示す予想円を算出する予想円算出手段と、前記推定線と前記予想円との複数の共有点を算出する共有点算出手段と、前記SPS衛星から各前記共有点への視線方向ベクトルと前記衛星信号の発信周波数に基づいて、予想ドップラー偏移を算出する予想ドップラー偏移算出手段と、前記衛星信号の実際の受信周波数と前記発信周波数に基づいて、実際のドップラー偏移である実測ドップラー偏移を算出する実測ドップラー偏移算出手段と、各前記共有点について、前記予想ドップラー偏移と前記実測ドップラー偏移との差分を算出する差分算出手段と、小さい方の前記差分に対応する前記共有点を、前記測位装置が出力するための出力位置として選択する出力位置選択手段と、を有することを特徴とする測位装置により達成される。
【0006】
第1の発明の構成によれば、前記測位装置は、前記推定線を算出することができる。前記測位装置は2次元測位を行うから、測位における未知数は、緯度(x)、経度(y)及び時刻(t)の3つである。ここで、未知数のうち時刻tを適宜選択することで、緯度(x)及び経度(y)との関係を示す方程式、すなわち、前記推定線を得ることができる。
また、前記測位装置は、前記予想円を算出することができる。例えば、前記往復時間の2分の1の時間を電波が進む距離は算出可能であるから、前記通信基地局の位置を中心そとしてその距離を半径とする円、すなわち、前記予想円を算出することができる。
そして、前記測位装置は、前記推定線と前記予想円の共有点を算出することができる。ここで、前記共有点は1個であるとは限らない。
前記測位装置は、各前記共有点について、前記予想ドップラー偏移を算出することがで
きる。前記予想ドップラー偏移は、各前記共有点ごとに異なる。
また、前記測位装置は、前記実測ドップラー偏移を算出することができる。前記実測ド
ップラー偏移は、実際のドップラー偏移である。
そして、前記測位装置は、前記差分を算出することができる。
そして、前記測位装置は、小さい方の差分に対応する前記共有点を前記出力位置として選択することができる。前記差分が小さいということは、前記予想ドップラー偏移の精度が高いということを意味する。前記予想ドップラー偏移は前記SPS衛星から各前記共有点への視線方向ベクトルを使用して算出されるから、前記共有点の座標が真の位置に近いいほど、前記予想ドップラー偏移の精度が高くなる。このため、前記差分が小さいということは、その前記差分に対応する前記共有点が真の位置に近いことを意味する。
このため、前記測位装置は、小さい方の差分に対応する前記共有点を前記出力位置として選択することによって、精度の高い位置を出力することができる。
これにより、前記測位装置は、非同期の通信システムにおけるRTTを併用して2次元測位を行い、位置誤差の少ない位置を出力することができる。
【0007】
第2の発明は、第1の発明の構成において、前記予想ドップラー偏移算出手段は、2個の前記SPS衛星について、それぞれ前記予想ドップラー偏移を算出する構成となっており、前記実測ドップラー偏移算出手段は、前記予想ドップラー偏移算出手段が使用した2個の前記SPS衛星について、それぞれ前記実測ドップラー偏移を算出する構成となっており、前記差分算出手段は、前記予想ドップラー偏移算出手段が使用した2個の前記SPS衛星について、それぞれ前記差分を算出する構成となっており、前記出力位置選択手段は、一方の前記SPS衛星についての複数の前記共有点についての差分がほぼ等しい場合には、他方の前記SPS衛星についての複数の前記共有点についての差分に基づいて、前記出力位置を選択する構成となっていることを特徴とする測位装置である。
【0008】
複数の前記共有点と前記SPS衛星との位置関係によっては、各前記共有点についての前記視線方向ベクトルがほぼ等しい速度を示す場合がある。この場合、複数の前記共有点についての前記差分はほぼ等しくなる。
この点、第2の発明の構成によれば、一方の前記SPS衛星についての複数の前記共有点についての差分がほぼ等しい場合であっても、他方の前記SPS衛星についての複数の前記共有点についての差分に基づいて、前記出力位置を選択することができる。
【0009】
第3の発明は、第1の発明又は第2の発明のいずれかの構成において、複数の前記共有点に基づいて、参照位置を算出する参照位置算出手段を有し、前記予想ドップラー偏移算出手段は、前記参照位置についても前記予想ドップラー偏移を算出する構成となっており、前記差分算出手段は、前記参照位置についても前記差分を算出する構成となっており、 前記出力位置選択手段は、前記出力位置に対応する前記共有点についての前記差分が、前記参照位置についての前記差分以下である場合には、前記出力位置を最終出力位置とし、 前記出力位置選択手段は、前記出力位置に対応する前記共有点についての前記差分が、前記参照位置についての前記差分よりも大きい場合には、前記参照位置を最終出力位置とする構成となっていることを特徴とする測位装置である。
【0010】
複数の前記共有点の位置の精度が低い場合には、真の位置との乖離が大きくなる。これに対して、複数の前記共有点に基づいて算出された前記参照位置は、真の位置とは乖離しているが、精度が低い前記共有点よりは真の位置と近い場合がある。
この点、第3の発明の構成によれば、前記出力位置に対応する前記共有点についての前記差分が、前記参照位置についての前記差分よりも大きい場合には、前記参照位置を最終出力位置とする構成となっているから、より真の位置に近い位置を出力することができる。
【0011】
第4の発明は、第3の発明の構成において、前記参照位置は、複数の前記共有点の平均位置であることを特徴とする測位装置である。
【0012】
第5の発明は、第3の発明の構成において、前記参照位置は、前記推定線と前記予想円とで形成される図形の重心であることを特徴とする測位装置である。
【0013】
第6の発明は、第3の発明の構成において、前記参照位置は、2個の前記共有点によって規定される前記予想円の円周部分において、2個の前記共有点の中間点であることを特徴とする測位装置である。
【0014】
第7の発明は、第1の発明乃至第6の発明の構成において、前記出力位置選択手段は、前記共有点が存在しない場合には、前記推定線と前記予想円と等距離にある位置を前記出力位置として算出する構成となっていることを特徴とする測位装置である。
【0015】
前記推定線と前記予想円とが交わらず、接しない場合には、前記共有点は存在しない。
一方で、前記測位装置は、前記予想円及び前記推定線の近傍に位置するはずである。
この点、第7の発明の構成によれば、前記共有点が存在しない場合であっても、前記推定線と前記予想円に基づいて、前記出力位置を決定することができる。
【0016】
第8の発明は、第1の発明乃至第6の発明のいずれかの構成において、前記出力位置選択手段は、前記共有点が存在しない場合には、前記予想円上の位置であって、前記推定線と最も近い位置を前記出力位置として算出する構成となっていることを特徴とする測位装置である。
【0017】
前記目的は、第9の発明によれば、SPS衛星からの衛星信号と、前記SPS衛星と時刻非同期の通信基地局からの通信信号を使用して2次元測位を行う測位装置が、前記SPS衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信ステップと、前記測位装置が、2個の前記SPS衛星から前記衛星信号を受信して算出した各擬似距離と各前記SPS衛星の軌道情報に基づいて、前記測位装置の推定位置を示す推定線を算出する推定線算出ステップと、前記測位装置が、前記通信信号が前記通信基地局と前記測位装置との間を往復する往復時間を取得する往復時間取得ステップと、前記測位装置が、前記往復時間と前記通信基地局の位置に基づいて、前記測位装置の予想位置を示す予想円を算出する予想円算出ステップと、前記測位装置が、前記推定線と前記予想円との複数の共有点を算出する共有点算出ステップと、前記測位装置が、前記SPS衛星から各前記共有点への視線方向ベクトルと前記衛星信号の発信周波数に基づいて、予想ドップラー偏移を算出する予想ドップラー偏移算出ステップと、前記測位装置が、前記衛星信号の実際の受信周波数と前記発信周波数に基づいて、実際のドップラー偏移である実測ドップラー偏移を算出する実測ドップラー偏移算出ステップと、前記測位装置が、各前記共有点について、前記予想ドップラー偏移と前記実測ドップラー偏移との差分を算出する差分算出ステップと、前記測位装置が、小さい方の前記差分に対応する前記共有点を、前記測位装置が出力するための出力位置として選択する出力位置選択ステップと、を有することを特徴とする測位装置の制御方法によって達成される。
【0018】
第9の発明の構成によれば、第1の発明の構成と同様に、非同期の通信システムにおけるRTTを併用して2次元測位を行い、位置誤差の少ない位置を出力することができる。
【0019】
前記目的は、第10の発明によれば、コンピュータに、SPS衛星からの衛星信号と、前記SPS衛星と時刻非同期の通信基地局からの通信信号を使用して2次元測位を行う測位装置が、前記SPS衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信ステップと、前記測位装置が、2個の前記SPS衛星から前記衛星信号を受信して算出した各擬似距離と各前記SPS衛星の軌道情報に基づいて、前記測位装置の推定位置を示す推定線を算出する推定線算出ステップと、前記測位装置が、前記通信信号が前記通信基地局と前記測位装置との間を往復する往復時間を取得する往復時間取得ステップと、前記測位装置が、前記往復時間と前記通信基地局の位置に基づいて、前記測位装置の予想位置を示す予想円を算出する予想円算出ステップと、前記測位装置が、前記推定線と前記予想円との複数の共有点を算出する共有点算出ステップと、前記測位装置が、前記SPS衛星から各前記共有点への視線方向ベクトルと前記衛星信号の発信周波数に基づいて、予想ドップラー偏移を算出する予想ドップラー偏移算出ステップと、前記測位装置が、前記衛星信号の実際の受信周波数と前記発信周波数に基づいて、実際のドップラー偏移である実測ドップラー偏移を算出する実測ドップラー偏移算出ステップと、前記測位装置が、各前記共有点について、前記予想ドップラー偏移と前記実測ドップラー偏移との差分を算出する差分算出ステップと、前記測位装置が、小さい方の前記差分に対応する前記共有点を、前記測位装置が出力するための出力位置として選択する出力位置選択ステップと、を有することを特徴とする測位装置の制御プログラムによって達成される。
【0020】
前記目的は、第11の発明によれば、コンピュータに、SPS衛星からの衛星信号と、前記SPS衛星と時刻非同期の通信基地局からの通信信号を使用して2次元測位を行う測位装置が、前記SPS衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信ステップと、前記測位装置が、2個の前記SPS衛星から前記衛星信号を受信して算出した各擬似距離と各前記SPS衛星の軌道情報に基づいて、前記測位装置の推定位置を示す推定線を算出する推定線算出ステップと、前記測位装置が、前記通信信号が前記通信基地局と前記測位装置との間を往復する往復時間を取得する往復時間取得ステップと、前記測位装置が、前記往復時間と前記通信基地局の位置に基づいて、前記測位装置の予想位置を示す予想円を算出する予想円算出ステップと、前記測位装置が、前記推定線と前記予想円との複数の共有点を算出する共有点算出ステップと、前記測位装置が、前記SPS衛星から各前記共有点への視線方向ベクトルと前記衛星信号の発信周波数に基づいて、予想ドップラー偏移を算出する予想ドップラー偏移算出ステップと、前記測位装置が、前記衛星信号の実際の受信周波数と前記発信周波数に基づいて、実際のドップラー偏移である実測ドップラー偏移を算出する実測ドップラー偏移算出ステップと、前記測位装置が、各前記共有点について、前記予想ドップラー偏移と前記実測ドップラー偏移との差分を算出する差分算出ステップと、前記測位装置が、小さい方の前記差分に対応する前記共有点を、前記測位装置が出力するための出力位置として選択する出力位置選択ステップと、を実行させることを特徴とする測位装置の制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体によって達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
以下、この発明の好適な実施の形態を添付図面等を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【0022】
図1及び図2は、本発明の実施の形態の端末20等を示す概略図である。
図1に示すように、端末20は、GPS衛星12a及び12bから信号S1及びS2を受信することができる。端末20は、2つのGPS衛星12a等からの信号S1等、及び、後述の基地局40の通信信号CSを使用して、2次元測位を行うことができるようになっている。端末20は、測位装置の一例である。GPS衛星12a等は、SPS衛星の一例である。信号S1等は衛星信号の一例である。ここで、2次元測位とは、緯度及び経度を算出する測位を意味する。高度は既知の定数であり、例えば、基地局40の位置の高度である。
端末20は、通信機能を有し、基地局40(図2参照)を介して他の端末(図示せず)と通信することができるようになっている。
【0023】
信号S1は、C/A(Clear and AcquisionまたはCoarse and Access)コードを含む。C/Aコードは、擬似雑音符号(以後、PN(Pseudo random noise code)符号と呼ぶ)の一つである。このC/Aコードは、1.023Mbpsのビット率、1,023bit(=1msec)のビット長の信号である。C/Aコードは、1,023チップ(chip)で構成されている。端末20は、このC/Aコードを使用して現在位置の測位を行う。
SPS衛星は、GPS衛星に限らず、例えば、Galileoにおいて使用される衛星や準天頂衛星等であってもよい。
【0024】
端末20は例えば、携帯電話機、PHS(Personal Handy−phone System)、PDA(Personal Digital Assistance)等であるが、これらに限らない。
【0025】
端末20は、例えば、各GPS衛星12aからC/Aコードが発信された時刻と、そのC/Aコードを端末20が受信した時刻との時間差(以後、「遅延時間」と呼ぶ)に光速を乗じることによって、擬似距離を算出する。
端末20は、3個以上GPS衛星12a等からC/Aコードを受信することができれば、各擬似距離と、各GPS衛星12a等の衛星軌道上の位置を使用して、現在位置を測位することができる。
また、端末20は、2個のGPS衛星12a等からC/Aコードを受信することができれば、基地局40の位置と通信電波CSを使用して、2次元測位をすることができる。
【0026】
2個のGPS衛星12a等からの信号S1等を使用して2次元測位する場合、端末20がGPS衛星12a等が算出する時刻(GPS時刻)と同期していない限り、測位位置を特定することはできず、以下に説明するように、測位位置は一般的には曲線で示される推定位置の集合となる。
端末20は、例えば、GPS衛星12aについての擬似距離r1及びGPS衛星12bについての擬似距離r2を算出する。
図1(a)に示すように、端末20とGPS衛星12aとの真の距離が、端末20とGPS衛星12bとの真の距離に等しい場合には、端末20のxy平面上の推定座標は、y=fg(x)の式で表現される直線L1を描く。これは、端末20はGPS時刻に同期していないから、GPS衛星12a等の軌道上の位置及び遅延時間を正確に特定することができないからである。実際の計算は、複数の時刻tを仮定してGPS衛星12a及び12bの軌道上の位置、擬似距離r1及びr2を算出し、複数のxy平面上の座標を算出する。そして、複数のxy平面上の座標を結ぶと、直線L1を得る。例えば、時刻t1に対応して擬似距離r1及びr2を算出し、時刻t2に対応して擬似距離r1a及びr2aを算出する。各時刻における座標の演算は、収束計算によって算出される。図示は省略しているが、GPS衛星12a等の位置も時刻t1と時刻t2とでは異なる。なお、高度Hは基地局40の位置として既知であることを仮定している。
これに対して、図1(b)に示すように、端末20とGPS衛星12aとの真の距離が、端末20とGPS衛星12bとの真の距離に等しくない場合には、端末20のxy平面上の推定座標は、y=fg(x)の式で表現される曲線L2を描く。
このように、2つのGPS衛星12a等から信号S1等を受信したとしても、端末20がGPS時刻と同期していない限り、端末20の位置をxy座標において特定することはできない。
これを、別の観点から考察すると、GPS衛星12aの衛星軌道上の位置を中心として擬似距離r1を中心とする球と、GPS衛星12bの衛星軌道上の位置を中心として擬似距離r2を中心とする球との交点は円であり、高度Hは基地局40の位置として既知であるとすれば、その円において高度Hである2点のいずれかである。この2点のうち、一方は、明らかに不正解であるから、端末20の位置を特定できるはずである。ところが、GPS衛星12a等が2つだけでは、端末20の時刻誤差を算出することができないから、端末20の位置は、一点で特定することはできず、直線L1又は曲線L2となる。直線L1及び曲線L2は、推定線の一例である。
なお、曲線L2の方が直線L1よりも一般的なので、y=fg(x)は曲線L2を示すものとして以下の説明をする。また、曲線L2と直線L1を総称して、推定線と呼ぶ。
【0027】
図2に示すように、端末20は、基地局40から通信信号CSを受信することができる。基地局40は、通信基地局の一例である。基地局40は、GPS衛星12a等の時刻(GPS時刻)と同期していない。すなわち、基地局40は、時刻非同期の通信システムにおける通信基地局である。基地局40は固定位置に位置し、その位置は既知である。
端末20は、通信信号CSが基地局40と端末20との間を往復する時間に基づいて、基地局40と端末20との距離dを算出することができる。そして、端末20は、基地局40の位置を中心として、距離dを半径とする円L3を算出することができる。この円L3は、xとyの関数であり、y=fr(x)で表現される。
曲線L2と円L3が図2(a)に示すように共有点P0で接する場合もあるが、一般的には、図2(b)に示すように、曲線L2と円L3は共有点P1及びP2の2点で交わるか、または、共有点を有さない。
【0028】
このような状態において、端末20は、以下に説明するように、非同期の通信システムにおけるRTTを併用して2次元測位を行い、妥当な位置を出力することができるようになっている。
【0029】
(端末20の主なハードウエア構成について)
図3は端末20の主なハードウエア構成を示す概略図である。
図3に示すように、端末20は、コンピュータを有しており、コンピュータは、バス22を有する。
このバス22には、CPU(Central Processing Unit)24、記憶装置26が接続されている。記憶装置26は例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等である。
【0030】
また、このバス22には、各種情報や命令の入力を受けるための入力装置28、電源装置30、基地局40との間で通信信号を送受信するための通信装置32、GPS衛星12a等から信号S1等を受信するためのGPS装置34及び、各種情報を表示するための表示装置36が接続されている。
また、このバス22には、時計38が接続されている。
【0031】
(端末20の主なソフトウエア構成について)
図4は、端末20の主なソフトウエア構成を示す概略図である。
図4に示すように、端末20は、各部を制御する制御部100、図3の通信装置32に対応する通信部102、GPS装置34に対応するGPS部104、表示装置36に対応する表示部106、時計38に対応する計時部108等を有する。
端末20は、また、各種プログラムを格納する第1記憶部110、各種情報を格納する第2記憶部150を有する。
【0032】
図4に示すように、端末20は、第2記憶部150に、衛星軌道情報152を格納している。衛星軌道情報152は、すべてのGPS衛星12a等の概略の軌道を示すアルマナック(Almanac)152a、及び、各GPS衛星12a等の精密な軌道を示すエフェメリス(Ephemeris)152bを含む。端末20は、アルマナック152a及びエフェメリス152bを、GPS衛星12a等からの信号S1等を受信してデコードすることによって取得する。
端末20は、衛星軌道情報152を、信号S1等及び通信信号CSに基づく測位に使用する。
【0033】
図4に示すように、端末20は、第1記憶部110に、衛星信号受信プログラム112を格納している。衛星信号受信プログラム112は、制御部100が、GPS衛星12a等から、信号S1等を受信するためのプログラムである。衛星信号受信プログラム112と制御部100は、衛星信号受信手段の一例である。
具体的には、制御部100は、アルマナック152aを参照して、現在時刻において観測可能なGPS衛星12a等を判断し、観測可能なGPS衛星12a等からの信号S1等を受信する。このとき、基準となる自己位置は、例えば、前回の測位位置を使用する。
【0034】
図4に示すように、端末20は、第1記憶部110に、推定線算出受信プログラム114を格納している。
制御部100は、推定線算出受信プログラム114に基づいて、信号S1等を受信して、端末20が保持するレプリカC/Aコードとの相関処理を行い、GPS衛星12aについてのコードフェーズCPb1、及び、GPS衛星12bについてのコードフェーズCPb2を算出する。
制御部100は、コードフェーズCPb1及びCPb2を示すコードフェーズ情報154を第2記憶部150に格納する。
さらに、制御部100は、コードフェーズCPb1及びCPb2に基づいて、擬似距離r1及びr2(図1及び図2参照)を算出する。このとき、計時部108によって算出した現在時刻tを使用して、擬似距離r1及びr2を算出する。
制御部100は、擬似距離r1及びr2を示す擬似距離情報156を第2記憶部150に格納する。
なお、本実施の形態とは異なり、制御部100は、遅延時間によって擬似距離r1及びr2を算出してもよい。
【0035】
続いて、制御部100は、エフェメリス152bを使用して現在時刻におけるGPS衛星12a及び12bの軌道上の位置を算出する。このとき、計時部108によって算出した現在時刻tを現在時刻として使用する。
【0036】
ここで、現在時刻tはGPS時刻と同期していないから、正確な時刻であるとは限らない。このため、制御部100は、現在時刻tの前後の時刻においても、上述の擬似距離及び各時刻におけるGPS衛星12a及び12bの位置を算出する。
そして、制御部100は、複数の時刻における擬似距離r1及びr2と、GPS衛星12a及び12bの位置に基づいて、端末20の推定位置を示す曲線L2(図1及び図2参照)を算出する。すなわち、推定線算出受信プログラム114と制御部100は、推定線算出手段の一例である。
制御部100は、曲線L2を示す推定線情報158を第2記憶部150に格納する。
【0037】
図4に示すように、端末20は、第1記憶部110に、基地局情報取得プログラム116を格納している。基地局情報取得プログラム116は、制御部100が、基地局40と通信し、基地局位置Q及びRTT(Round Trip Time)を取得するためのプログラムである。RTTは、通信信号CSが基地局40と端末20との間を往復するために必要な時間である。RTTは、往復時間の一例である。そして、基地局情報取得プログラム116と制御部100は、往復時間取得手段の一例である。
制御部100は、通信信号CSに含まれる基地局位置Qを示す情報を抽出する。そして、制御部100は、基地局位置Qを示す基地局位置情報160として第2記憶部150に格納する。
【0038】
基地局40から送信された通信信号CSの特定のフレームは、端末20から基地局40に返信されるようになっている。基地局40は、その特定のフレームを送信した時刻と受信した時刻とを計測することによって、RTTを算出する。そして、基地局40は、通信信号CSにRTTを示す情報を含ませて、端末20に送信する。
端末20は、通信信号CSに含まれるRTTを示す情報を抽出する。そして、制御部100は、RTTを示すRTT情報162を第2記憶部150に格納する。
なお、本実施の形態とは異なり、端末20が特定のフレームを基地局40に送信し、基地局40からその特定のフレームを受信するようにしてもよい。そして、端末20が特定のフレームを送信した時刻と受信した時刻との間の時間をRTTとしてもよい。
【0039】
図4に示すように、端末20は、第1記憶部110に、予想円半径算出プログラム118を格納している。予想円半径算出プログラム118は、制御部100が、RTTに基づいて、予想円L3(図2参照)の半径dを算出するためのプログラムである。制御部100は、RTTの2分の1の時間において電波が進む距離を算出し、半径dを算出する。なお、電波は、光速で伝播するから、RTTの2分の1の時間に光速を乗じることによって、半径dを算出することができる。
制御部100は、半径dを示す半径情報164を第2記憶部150に格納する。
【0040】
図4に示すように、端末20は、第1記憶部110に、予想円算出プログラム120を格納している。予想円算出プログラム120は、制御部100が、半径dと基地局位置Qに基づいて、予想円L3(図2参照)を算出するためのプログラムである。上述の予想円半径算出プログラム118と予想円算出プログラム120と制御部100は、予想円算出手段の一例である。
制御部100は、算出した予想円L3を示す予想円情報166を第2記憶部150に格納する。
【0041】
図4に示すように、端末20は、第1記憶部110に、共有点算出プログラム122を格納している。共有点算出プログラム122は、制御部100が、曲線L2と予想円L3との共有点を算出するためのプログラムである。共有点算出プログラム122と制御部100は、共有点算出手段の一例である。
制御部100は、例えば、共有点P1及びP2(図2(b)参照)を算出する。制御部100は、共有点P1及びP2を示す共有点情報168を第2記憶部150に格納する。
【0042】
図4に示すように、端末20は、第1記憶部110に、現在位置決定プログラム124を格納している。
現在位置決定プログラム124は、予想ドップラー偏移算出プログラム124a、実測ドップラー偏移算出プログラム124b、差分算出プログラム124c、出力位置選択プログラム124dを含む。
【0043】
図5は、予想ドップラー偏移算出プログラム124aの説明図である。
予想ドップラー偏移算出プログラム124aは、制御部100が、GPS衛星12a等から共有点P1及びP2への視線方向ベクトルと、信号S1等の発信周波数f0に基づいて、予想ドップラー偏移DPestを算出するためのプログラムである。予想ドップラー偏移算出プログラム124aと制御部100は、予想ドップラー偏移算出手段の一例である。
制御部100は、エフェメリス152bを参照して現在時刻tにおけるGPS衛星の座標Psaと、速度ベクトルVgaを算出する。そして、座標Psaから共有点P1へ向かう方向(視線方向)に速度ベクトルVgaを分解し、視線方向の速度ベクトルVs1aを得る。速度ベクトルVs1aには、視線方向の速度V1aが示されている。同様にして、制御部100は、共有点P2についての速度ベクトルVs2aを算出する。
続いて、制御部100は、式1によって共有点P1におけるドップラー偏移DPest1を算出し、式2によって共有点P2におけるドップラー偏移DPest2を算出する。式1及び式2は、一般的なドップラー偏移算出のための式である。
なお、発信周波数f0は既知であり、約1.5ギガヘルツ(GHz)である。
制御部100は、算出したドップラー偏移DPest1及びドップラー偏移DPest2を示す予想ドップラー偏移情報170を第2記憶部150に格納する。
【0044】
図6は、実測ドップラー偏移算出プログラム124bの説明図である。
実測ドップラー偏移算出プログラム124bは、制御部100が、信号S1等の実際の受信周波数と発信周波数f0に基づいて、実際のドップラー偏移である実測ドップラー偏移DPrを算出するためのプログラムである。実測ドップラー偏移算出プログラム124bと制御部100は、実測ドップラー偏移算出手段の一例である。
制御部100は、実際の受信周波数frから既知の発信周波数f0を減じる式3によって、実測ドップラー偏移DPrを算出する。
制御部100は、算出した実測ドップラー偏移DPrを示す実測ドップラー偏移情報172を第2記憶部150に格納する。
【0045】
図7は、差分算出プログラム124cの説明図である
差分算出プログラム124cは、制御部100が、各共有点P1及びP2について、予想ドップラー偏移DPestと実測ドップラー偏移DPrとの差分DPdifを算出するためのプログラムである。差分DPdifは差分の一例である。差分算出プログラム124cと制御部100は、差分算出手段の一例である。
制御部100は、共有点P1についての予想ドップラー偏移DPest1から実測ドップラー偏移DPrを減じる式4によって、共有点P1についての差分DPdif1を算出する。制御部100は、同様に、式5によって、共有点P2についての差分DPdif2を算出する。
制御部100は、算出した差分DPdif1及びDPdif2を示す差分情報174を第2記憶部150に格納する。
【0046】
図8は、出力位置選択プログラム124dの説明図である。
出力位置選択プログラム124dは、制御部100が、小さい方の差分DPdif1又はDPdif2に対応する共有点P1又はP2を、端末20が表示装置36に表示するための出力位置Pfixとして選択するためのプログラムである。出力位置選択プログラム124dと制御部100は、出力位置選択手段の一例である。
図8に示すように、DPdif1がDPdif2よりも小さい場合には、制御部100は、共有点P1を選択して出力位置Pfixとする。これに対して、DPdif2がDPdif1よりも小さい場合には、制御部100は、共有点P2を選択して出力位置Pfixとする。
制御部100は、出力位置Pfixを示す出力位置情報176を第2記憶部150に格納する。
【0047】
図4に示すように、端末20は、第1記憶部110に、位置出力プログラム126を格納している。位置出力プログラム126は、制御部100が、出力位置Pfixを表示装置36に表示するためのプログラムである。
【0048】
なお、推定線L2と予想円L3との共有点が存在しない場合には、制御部100は、以下のようにして出力位置Pfixを決定する。
【0049】
図9は、共有点が存在しない場合の出力位置Pfixの決定方法の一例を示す図である。
制御部100は、曲線L2と予想円L3との共有点が存在しない場合には、図9(a)に示すように、曲線L2と予想円L3と等距離にある点を算出し、現在位置Pfixとする。
曲線L2と予想円L3とが交わらず、接しない場合には、共有点は存在しない。一方で、端末20は、予想円L3及び曲線L2の近傍に位置するはずである。
この点、制御部100は、共有点が存在しない場合であっても、曲線L2と予想円L3に基づいて、現在位置Pfixを算出することができる。
【0050】
なお、本実施の形態とは異なり、制御部100は、曲線L2と予想円L3との共有点が存在しない場合には、図9(b)に示すように、予想円L3上の位置であって、曲線L2と最も近い位置を現在位置Pfixとして算出するようにしてもよい。
【0051】
端末20は、上述のように構成されている。
上述のように、端末20は、曲線L2を算出することができる。
また、端末20は、予想円L3を算出することができる。
そして、端末20は、曲線L2と予想円L3の共有点を算出することができる。ここで
、共有点は1個であるとは限らない。
この点、端末20は、複数の共有点から、表示装置36に出力するための出力位置Pfixを選択することができる。
具体的には、端末20は、各共有点P1及びP2について、予想ドップラー偏移DPestを算出することができる。
予想ドップラー偏移DPestは、各共有点P1及びP2ごとに異なる。
また、端末20は、実測ドップラー偏移DPrを算出することができる。実測ドップラ
ー偏移DPrは、実際のドップラー偏移である。
そして、端末20は、差分DPdifを算出することができる。
そして、端末20は、小さい方の差分DPdifに対応する共有点P1又はP2を出力位置Pfixとして選択することができる。差分DPdifが小さいということは、予想ドップラー偏移DPestの精度が高いということを意味する。予想ドップラー偏移DPestはGPS衛星12aから各共有点P1又はP2への視線方向ベクトルを使用して算出されるから、共有点P1又はP2の座標が真の位置に近いほど、予想ドップラー偏移DPestの精度が高くなる。このため、差分DPdifが小さいということは、その差分DPdifに対応する共有点P1又はP2が真の位置に近いことを意味する。
このため、端末20は、小さい方の差分DPdifに対応する共有点P1又はP2を出力位置Pfixとして選択することによって、精度の高い位置を出力することができる。
これにより、端末20は、非同期の通信システムにおけるRTTを併用して2次元測位を行い、位置誤差の少ない位置を出力することができる。
【0052】
以上が本実施の形態の端末20の構成であるが、以下、その動作例を主に図10を使用して説明する。
図10は本実施の形態の端末20の動作例を示す概略フローチャートである。
【0053】
まず、端末20は、GPS衛星12a等から信号S1等を受信する(図10のステップST1)。このステップST1は、衛星信号受信ステップの一例である。
続いて、端末20は、推定線L2(図1及び図2参照)を算出する(ステップST2)。このステップST2は、推定線算出ステップの一例である。
【0054】
続いて、端末20は、RTTを取得する(ステップST3)。このステップST3は、往復時間取得ステップの一例である。
続いて、端末20は、予想円L3を算出する(ステップST4)。このステップST4は、予想円算出ステップの一例である。ステップST4においては、RTTに基づいて予想円L3の半径dを算出し、この半径d3と基地局位置Qに基づいて、予想円L3を算出する。
【0055】
続いて、端末20は、曲線L2と予想円L3との共有点を算出する(ステップST5)。このステップST5は、共有点算出ステップの一例である。ここで、共有点は、2つあると仮定して、以下の説明をする。
続いて、端末20は、各共有点P1及びP2について、予想ドップラー偏移DPestを算出する(ステップST6)。このステップST6は、予想ドップラー偏移算出ステップの一例である。
【0056】
続いて、端末20は、実測ドップラー偏移DPrを算出する(ステップST7)。このステップST7は、実測ドップラー偏移算出ステップの一例である。
続いて、端末20は、各共有点P1及びP2について、予想ドップラー偏移DPestと実測ドップラー偏移DPrとの差分DPdifを算出する(ステップST8)。このステップST8は、差分算出ステップの一例である。
【0057】
続いて、端末20は、小さい方の差分DPdifに対応する共有点P1又はP2を出力位置Pfixとして選択する(ステップST9)。このステップST9は、出力位置選択ステップの一例である。
続いて、端末20は、出力位置Pfixを出力する(ステップST10)。
【0058】
上述のステップによって、端末20は、非同期の通信システムにおけるRTTを併用して2次元測位を行い、位置誤差の少ない位置を出力することができる。
【0059】
(第2の実施の形態)
次に、第2の実施の形態の端末20Aについて説明する。第2の実施の形態の端末20Aの構成は、上記第1の実施の形態の端末20と多くの構成が共通するため共通する部分は同一の符号等とし、説明を省略し、以下、相違点を中心に説明する。
【0060】
例えば、GPS衛星12aと共有点P1及びP2との相対的な位置によっては、差分DPdif1とDPdif2がほぼ等しい場合がある。この場合、共有点P1及びP2のいずれが真の位置に近いのかを判断することはできない。
この点、端末20Aは、以下に説明するように、このような場合においても、出力位置Pfixを決定することができるようになっている。
【0061】
図11は、端末20Aの主なソフトウエア構成を示す概略図である。
図11に示すように、端末20Aは、第1記憶部110に、現在位置決定プログラム124Aを格納している。現在位置決定プログラム124Aは、予想ドップラー偏移算出プログラム124aA、実測ドップラー偏移算出プログラム124bA、差分算出プログラム124cA及び出力位置選択プログラム124dAを含む。
【0062】
図12は、予想ドップラー偏移算出プログラム124aAの説明図である。
図12に示すように、制御部100は予想ドップラー偏移算出プログラム124aAに基づいて、曲線L2の生成に使用した2個のGPS衛星12a及び12bについて、それぞれDPest1及びDPest2を算出する。
すなわち、制御部100は、GPS衛星12aについてDPest1及びDPest2を算出し、さらに、GPS衛星12bについてDPest1及びDPest2を算出する。
【0063】
図13は、実測ドップラー偏移算出プログラム124bAの説明図である。
図13に示すように、制御部100は、2個のGPS衛星12a及び12bについて、それぞれ実測ドップラー偏移DPrを算出する。
すなわち、制御部100は、GPS衛星12aについての実測ドップラー偏移DPrを算出し、さらに、GPS衛星12bについての実測ドップラー偏移DPrを算出する。
【0064】
図14は、差分算出プログラム124cAの説明図である。
図14に示すように、制御部100は、2個のGPS衛星12a及び12bについて、それぞれ差分DPdif1及びDPdif2を算出する。
すなわち、制御部100は、GPS衛星12aについて差分DPdif1a及びDPdif2aを算出し、さらに、GPS衛星12bについて差分DPdif1b及びDPdif2bを算出する。
【0065】
図15は、出力位置選択プログラム124dAの説明図である。
図15に示すように、制御部100は、差分DPdif1aとDPdif2aがほぼ等しい場合には、差分DPdif1bとDPdif2bを比較して、小さい方の差分DPdif1b又はDPdif2bに対応する共有点P1又はP2のいずれかを選択するようになっている。
【0066】
上述のように、端末20Aは、一方のGPS衛星12aについての複数の共有点P1及びP2についての差分DPdifがほぼ等しい場合であっても、他方のGPS衛星12bについての複数の共有点P1及びP2についての差分DPdifに基づいて、出力位置Pfixを選択することができる。
【0067】
(第3の実施の形態)
次に、第3の実施の形態の端末20Bについて説明する。第3の実施の形態の端末20Bの構成は、上記第1の実施の形態の端末20と多くの構成が共通するため共通する部分は同一の符号等とし、説明を省略し、以下、相違点を中心に説明する。
【0068】
上述の共有点P1及びP2の位置の精度が低い場合には、真の位置との乖離が大きくなる。むしろ、真の位置は、共有点P1及びP2を統計処理して得られた位置に近い場合もある。そこで、端末20Bは、以下に説明するように、共有点P1及びP2の平均位置を参照位置Prefを算出し、参照位置Prefの方が共有点P1及びP2よりも真の位置に近い場合には、参照位置Prefを最終的な出力位置Pfixとして選択する。
【0069】
図16は、端末20Bの主なソフトウエア構成を示す概略図である。
図11に示すように、端末20Bは、第1記憶部110に、参照位置算出プログラム128を格納している。参照位置算出プログラム128は、制御部100が、共有点P1及びP2に基づいて、参照位置Prefを算出するためのプログラムである。参照位置Prefは、参照位置の一例である。参照位置算出プログラム128と制御部100は、参照位置算出手段の一例である。
【0070】
図17は、参照位置算出プログラム128の説明図である。
図17に示すように、制御部100は、共有点P1とP2の平均位置を算出し、その平均位置を参照位置Prefとする。
制御部100は、算出した参照位置Prefを示す参照位置情報178を第2記憶部150に格納する。
【0071】
図16に示すように、端末20Bは、第2記憶部150に、現在位置決定プログラム124Bを格納している。現在位置決定プログラム124Bは、予想ドップラー偏移算出プログラム124aB、実測ドップラー偏移算出プログラム124bB、差分算出プログラム124cB及び出力位置選択プログラム124dBを含む。
【0072】
図18は、予想ドップラー偏移算出プログラム124aBの説明図である。
図18に示すように、制御部100は予想ドップラー偏移算出プログラム124aBに基づいて、共有点P1及びP2と参照位置Prefについて、それぞれ予想ドップラー偏移DPestを算出する。
すなわち、制御部100は、共有点P1についてDPest1を算出し、共有点P2についてDPest2を算出し、さらに、参照位置Prefについて式10によってDPest3を算出する。
【0073】
図19は、差分算出プログラム124cBの説明図である。
図14に示すように、制御部100は、共有点P1及びP2と参照位置Prefについて、それぞれ差分DPdifを算出する。
すなわち、制御部100は、共有点P1について差分DPdif1を算出し、共有点P2について差分DPdif2を算出し、さらに、式11によって、参照位置Prefについて差分DPdif3を算出する。
【0074】
図20は、出力位置選択プログラム124dBの説明図である。
図20に示すように、制御部100は、差分DPdif1、DPdif2及びDPdif3のうち、最も小さい差分に対応する位置を出力位置Pfixとして選択するようになっている。
【0075】
上述のように、端末20Bは、共有点P1及びP2についての差分Pdifが、参照位置Prefについての差分Pdifよりも大きい場合には、参照位置Pdifを最終出力位置とする構成となっているから、より真の位置に近い位置を出力することができる。
【0076】
(第1の変形例)
図21は、第3の実施の形態の第1の変形例の説明図である。
図21に示すように、制御部100は、曲線L2と予想円L3とで形成される図形の重心を参照位置Prefとして算出する構成となっている。
【0077】
(第2の変形例)
図22は、第3の実施の形態の第2の変形例の説明図である。
図22に示すように、制御部100は、2個の共有点P1及びP2によって規定される予想円L3の円周の短い方の弧上において、2個の共有点P1及びP2の中間点を参照位置Prefとする。
【0078】
予想円L3の半径dは擬似距離r1及びr2よりもはるかに短いから、RTTに誤差があったとしても、RTTの誤差が予想円L3の半径dの絶対値に与える影響は限定的である。このため、端末20は、予想円L3上に位置すると考えてよい。
また、端末20は、曲線2の近傍に位置するはずである。
制御部100は、現在位置決定プログラム124Bに基づいて、2個の共有点P1及びP2によって規定される予想円L3の円周の短い方の弧上において、2個の共有点P1及びP2の中間点を現在位置Pfixとするから、2個の共有点の中間点を現在位置Pfixとする場合よりも、位置誤差を低減することができる
【0079】
(プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等について)
コンピュータに上述の動作例の衛星信号受信ステップと、推定線算出ステップと、往復時間取得ステップと、予想円算出ステップと、共有点算出ステップと、予想ドップラー偏移算出ステップと、実測ドップラー偏移算出ステップと、差分算出ステップと、出力位置選択ステップ等を実行させるための測位装置の制御プログラムとすることができる。
また、このような測位装置の制御プログラム等を記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体等とすることもできる。
【0080】
これら測位装置の制御プログラム等をコンピュータにインストールし、コンピュータによって実行可能な状態とするために用いられるプログラム格納媒体は、例えばフロッピー(登録商標)のようなフレキシブルディスク、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、CD−R(Compact Disc−Recordable)、CD−RW(Compact Disc−Rewritable)、DVD(Digital Versatile Disc)などのパッケージメディアのみならず、プログラムが一時的若しくは永続的に格納される半導体メモリ、磁気ディスクあるいは光磁気ディスクなどで実現することができる。
【0081】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されない。さらに、上述の各実施の形態は、相互に組み合わせて構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0082】
【図1】本発明の実施の形態の端末等を示す概略図である。
【図2】本発明の実施の形態の端末等を示す概略図である。
【図3】端末の主なハードウエア構成を示す概略図である。
【図4】端末の主なソフトウエア構成を示す概略図である。
【図5】予想ドップラー偏移算出プログラムの説明図である。
【図6】実測ドップラー偏移算出プログラムの説明図である。
【図7】差分算出プログラムの説明図である。
【図8】出力位置選択プログラムの説明図である。
【図9】出力位置の決定方法の一例を示す図である。
【図10】端末の動作例を示す概略フローチャートである。
【図11】端末の主なソフトウエア構成を示す概略図である。
【図12】予想ドップラー偏移算出プログラムの説明図である。
【図13】実測ドップラー偏移算出プログラムの説明図である。
【図14】差分算出プログラムの説明図である。
【図15】出力位置選択プログラムの説明図である。
【図16】端末の主なソフトウエア構成を示す概略図である。
【図17】参照位置算出プログラムの説明図である。
【図18】予想ドップラー偏移算出プログラムの説明図である。
【図19】差分算出プログラムの説明図である。
【図20】出力位置選択プログラムの説明図である。
【図21】変形例の説明図である。
【図22】変形例の説明図である。
【符号の説明】
【0083】
12a,12b・・・GPS衛星、20・・・端末、40・・・基地局、112・・・衛星信号受信プログラム、114・・・推定線算出プログラム、116・・・基地局情報取得プログラム、118・・・予想円半径算出プログラム、120・・・予想円算出プログラム、122・・・共有点算出プログラム、124・・・現在位置決定プログラム、124a・・・予想ドップラー偏移算出プログラム、124b・・・実測ドップラー偏移算出プログラム、124c・・・差分算出プログラム、124d・・・出力位置選択プログラム
【技術分野】
【0001】
本発明は、非同期の通信システムにおけるRTTを併用して、2次元測位を行うことができる測位装置、その制御方法、制御プログラム及びその記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、衛星航法システムである例えば、GPS(Global Positioning System)を利用してGPS受信機の現在位置を測位する測位システムが実用化されている(例えば、特許文献1)。
GPS受信機は、例えば、上空に位置して観測可能なGPS衛星を算出し、例えば、4個のGPS衛星の組を選択する。そして、GPS受信機は、各GPS衛星の組について、各GPS衛星から信号(以後、衛星信号と呼ぶ)を受信し、衛星信号が各GPS衛星から発信された時刻とGPS受信機に到達した時刻との差(以後、遅延時間と呼ぶ)によって、各GPS衛星とGPS受信機との間の距離(以後、擬似距離と呼ぶ)を求める。GPS受信機は、各GPS衛星の衛星軌道上の位置と、上述の擬似距離を使用して、GPS受信機の現在位置の測位結果を算出するようになっている。そして、GPS受信機は、各GPS衛星の組について、それぞれ測位結果を算出し、複数の測位結果の中から、真の位置に近いと考えられる位置を選択して、出力するようになっている。
上述の測位のためには、最低3個のGPS衛星から衛星信号を受信する必要がある。
ところが、常に、3個以上のGPS衛星から衛星信号を受信することができるとは限らない。
このため、2個のGPS衛星からの衛星信号と、携帯電話のキャリア波を併用して、測位を行う技術が提案されている。例えば、携帯電話のキャリア波に乗せられた信号が通信基地局と(携帯電話機を兼ねたGPS受信機との間を往復する時間(以後、RTT(Round Trip Time)と呼ぶ)を算出し、通信基地局の位置とRTTを利用して、GPS受信機の位置についての方程式(2次元測位をする前提で、未知数は、緯度、経度、及び時刻の3つ)を作成し、2個のGPS衛星からの衛星信号を使用して作成した2つの方程式(未知数は、緯度、経度及び時刻の3つ)と合わせて、現在位置の緯度及び経度を算出する。
【特許文献1】特開2000−131415号公報(図1等)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
ところが、RTTを併用する測位においては、通信基地局からキャリア波に乗せられた信号が発信されるタイミングがGPS時刻と同期している必要がある。このため、通信基地局は、GPS時刻に同期した、例えば、gpsOneのような同期システムである必要がある。同期システムは、同期のための設備に要するコストや、その設備の調整のためのコストが多大になる場合があるという問題がある。
【0004】
そこで、本発明は、非同期の通信システムにおけるRTTを併用して2次元測位を行い、位置誤差の少ない位置を出力することができる測位装置、その制御方法、制御プログラム及びその記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
前記目的は、第1の発明によれば、SPS(Satellite Positioing System)衛星からの衛星信号と、前記SPS衛星と時刻非同期の通信基地局からの通信信号を使用して2次元測位を行う測位装置であって、前記SPS衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信手段と、2個の前記SPS衛星から前記衛星信号を受信して算出した各擬似距離と各前記SPS衛星の軌道情報に基づいて、前記測位装置の推定位置を示す推定線を算出する推定線算出手段と、前記通信信号が前記通信基地局と前記測位装置との間を往復する往復時間を取得する往復時間取得手段と、前記往復時間と前記通信基地局の位置に基づいて、前記測位装置の予想位置を示す予想円を算出する予想円算出手段と、前記推定線と前記予想円との複数の共有点を算出する共有点算出手段と、前記SPS衛星から各前記共有点への視線方向ベクトルと前記衛星信号の発信周波数に基づいて、予想ドップラー偏移を算出する予想ドップラー偏移算出手段と、前記衛星信号の実際の受信周波数と前記発信周波数に基づいて、実際のドップラー偏移である実測ドップラー偏移を算出する実測ドップラー偏移算出手段と、各前記共有点について、前記予想ドップラー偏移と前記実測ドップラー偏移との差分を算出する差分算出手段と、小さい方の前記差分に対応する前記共有点を、前記測位装置が出力するための出力位置として選択する出力位置選択手段と、を有することを特徴とする測位装置により達成される。
【0006】
第1の発明の構成によれば、前記測位装置は、前記推定線を算出することができる。前記測位装置は2次元測位を行うから、測位における未知数は、緯度(x)、経度(y)及び時刻(t)の3つである。ここで、未知数のうち時刻tを適宜選択することで、緯度(x)及び経度(y)との関係を示す方程式、すなわち、前記推定線を得ることができる。
また、前記測位装置は、前記予想円を算出することができる。例えば、前記往復時間の2分の1の時間を電波が進む距離は算出可能であるから、前記通信基地局の位置を中心そとしてその距離を半径とする円、すなわち、前記予想円を算出することができる。
そして、前記測位装置は、前記推定線と前記予想円の共有点を算出することができる。ここで、前記共有点は1個であるとは限らない。
前記測位装置は、各前記共有点について、前記予想ドップラー偏移を算出することがで
きる。前記予想ドップラー偏移は、各前記共有点ごとに異なる。
また、前記測位装置は、前記実測ドップラー偏移を算出することができる。前記実測ド
ップラー偏移は、実際のドップラー偏移である。
そして、前記測位装置は、前記差分を算出することができる。
そして、前記測位装置は、小さい方の差分に対応する前記共有点を前記出力位置として選択することができる。前記差分が小さいということは、前記予想ドップラー偏移の精度が高いということを意味する。前記予想ドップラー偏移は前記SPS衛星から各前記共有点への視線方向ベクトルを使用して算出されるから、前記共有点の座標が真の位置に近いいほど、前記予想ドップラー偏移の精度が高くなる。このため、前記差分が小さいということは、その前記差分に対応する前記共有点が真の位置に近いことを意味する。
このため、前記測位装置は、小さい方の差分に対応する前記共有点を前記出力位置として選択することによって、精度の高い位置を出力することができる。
これにより、前記測位装置は、非同期の通信システムにおけるRTTを併用して2次元測位を行い、位置誤差の少ない位置を出力することができる。
【0007】
第2の発明は、第1の発明の構成において、前記予想ドップラー偏移算出手段は、2個の前記SPS衛星について、それぞれ前記予想ドップラー偏移を算出する構成となっており、前記実測ドップラー偏移算出手段は、前記予想ドップラー偏移算出手段が使用した2個の前記SPS衛星について、それぞれ前記実測ドップラー偏移を算出する構成となっており、前記差分算出手段は、前記予想ドップラー偏移算出手段が使用した2個の前記SPS衛星について、それぞれ前記差分を算出する構成となっており、前記出力位置選択手段は、一方の前記SPS衛星についての複数の前記共有点についての差分がほぼ等しい場合には、他方の前記SPS衛星についての複数の前記共有点についての差分に基づいて、前記出力位置を選択する構成となっていることを特徴とする測位装置である。
【0008】
複数の前記共有点と前記SPS衛星との位置関係によっては、各前記共有点についての前記視線方向ベクトルがほぼ等しい速度を示す場合がある。この場合、複数の前記共有点についての前記差分はほぼ等しくなる。
この点、第2の発明の構成によれば、一方の前記SPS衛星についての複数の前記共有点についての差分がほぼ等しい場合であっても、他方の前記SPS衛星についての複数の前記共有点についての差分に基づいて、前記出力位置を選択することができる。
【0009】
第3の発明は、第1の発明又は第2の発明のいずれかの構成において、複数の前記共有点に基づいて、参照位置を算出する参照位置算出手段を有し、前記予想ドップラー偏移算出手段は、前記参照位置についても前記予想ドップラー偏移を算出する構成となっており、前記差分算出手段は、前記参照位置についても前記差分を算出する構成となっており、 前記出力位置選択手段は、前記出力位置に対応する前記共有点についての前記差分が、前記参照位置についての前記差分以下である場合には、前記出力位置を最終出力位置とし、 前記出力位置選択手段は、前記出力位置に対応する前記共有点についての前記差分が、前記参照位置についての前記差分よりも大きい場合には、前記参照位置を最終出力位置とする構成となっていることを特徴とする測位装置である。
【0010】
複数の前記共有点の位置の精度が低い場合には、真の位置との乖離が大きくなる。これに対して、複数の前記共有点に基づいて算出された前記参照位置は、真の位置とは乖離しているが、精度が低い前記共有点よりは真の位置と近い場合がある。
この点、第3の発明の構成によれば、前記出力位置に対応する前記共有点についての前記差分が、前記参照位置についての前記差分よりも大きい場合には、前記参照位置を最終出力位置とする構成となっているから、より真の位置に近い位置を出力することができる。
【0011】
第4の発明は、第3の発明の構成において、前記参照位置は、複数の前記共有点の平均位置であることを特徴とする測位装置である。
【0012】
第5の発明は、第3の発明の構成において、前記参照位置は、前記推定線と前記予想円とで形成される図形の重心であることを特徴とする測位装置である。
【0013】
第6の発明は、第3の発明の構成において、前記参照位置は、2個の前記共有点によって規定される前記予想円の円周部分において、2個の前記共有点の中間点であることを特徴とする測位装置である。
【0014】
第7の発明は、第1の発明乃至第6の発明の構成において、前記出力位置選択手段は、前記共有点が存在しない場合には、前記推定線と前記予想円と等距離にある位置を前記出力位置として算出する構成となっていることを特徴とする測位装置である。
【0015】
前記推定線と前記予想円とが交わらず、接しない場合には、前記共有点は存在しない。
一方で、前記測位装置は、前記予想円及び前記推定線の近傍に位置するはずである。
この点、第7の発明の構成によれば、前記共有点が存在しない場合であっても、前記推定線と前記予想円に基づいて、前記出力位置を決定することができる。
【0016】
第8の発明は、第1の発明乃至第6の発明のいずれかの構成において、前記出力位置選択手段は、前記共有点が存在しない場合には、前記予想円上の位置であって、前記推定線と最も近い位置を前記出力位置として算出する構成となっていることを特徴とする測位装置である。
【0017】
前記目的は、第9の発明によれば、SPS衛星からの衛星信号と、前記SPS衛星と時刻非同期の通信基地局からの通信信号を使用して2次元測位を行う測位装置が、前記SPS衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信ステップと、前記測位装置が、2個の前記SPS衛星から前記衛星信号を受信して算出した各擬似距離と各前記SPS衛星の軌道情報に基づいて、前記測位装置の推定位置を示す推定線を算出する推定線算出ステップと、前記測位装置が、前記通信信号が前記通信基地局と前記測位装置との間を往復する往復時間を取得する往復時間取得ステップと、前記測位装置が、前記往復時間と前記通信基地局の位置に基づいて、前記測位装置の予想位置を示す予想円を算出する予想円算出ステップと、前記測位装置が、前記推定線と前記予想円との複数の共有点を算出する共有点算出ステップと、前記測位装置が、前記SPS衛星から各前記共有点への視線方向ベクトルと前記衛星信号の発信周波数に基づいて、予想ドップラー偏移を算出する予想ドップラー偏移算出ステップと、前記測位装置が、前記衛星信号の実際の受信周波数と前記発信周波数に基づいて、実際のドップラー偏移である実測ドップラー偏移を算出する実測ドップラー偏移算出ステップと、前記測位装置が、各前記共有点について、前記予想ドップラー偏移と前記実測ドップラー偏移との差分を算出する差分算出ステップと、前記測位装置が、小さい方の前記差分に対応する前記共有点を、前記測位装置が出力するための出力位置として選択する出力位置選択ステップと、を有することを特徴とする測位装置の制御方法によって達成される。
【0018】
第9の発明の構成によれば、第1の発明の構成と同様に、非同期の通信システムにおけるRTTを併用して2次元測位を行い、位置誤差の少ない位置を出力することができる。
【0019】
前記目的は、第10の発明によれば、コンピュータに、SPS衛星からの衛星信号と、前記SPS衛星と時刻非同期の通信基地局からの通信信号を使用して2次元測位を行う測位装置が、前記SPS衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信ステップと、前記測位装置が、2個の前記SPS衛星から前記衛星信号を受信して算出した各擬似距離と各前記SPS衛星の軌道情報に基づいて、前記測位装置の推定位置を示す推定線を算出する推定線算出ステップと、前記測位装置が、前記通信信号が前記通信基地局と前記測位装置との間を往復する往復時間を取得する往復時間取得ステップと、前記測位装置が、前記往復時間と前記通信基地局の位置に基づいて、前記測位装置の予想位置を示す予想円を算出する予想円算出ステップと、前記測位装置が、前記推定線と前記予想円との複数の共有点を算出する共有点算出ステップと、前記測位装置が、前記SPS衛星から各前記共有点への視線方向ベクトルと前記衛星信号の発信周波数に基づいて、予想ドップラー偏移を算出する予想ドップラー偏移算出ステップと、前記測位装置が、前記衛星信号の実際の受信周波数と前記発信周波数に基づいて、実際のドップラー偏移である実測ドップラー偏移を算出する実測ドップラー偏移算出ステップと、前記測位装置が、各前記共有点について、前記予想ドップラー偏移と前記実測ドップラー偏移との差分を算出する差分算出ステップと、前記測位装置が、小さい方の前記差分に対応する前記共有点を、前記測位装置が出力するための出力位置として選択する出力位置選択ステップと、を有することを特徴とする測位装置の制御プログラムによって達成される。
【0020】
前記目的は、第11の発明によれば、コンピュータに、SPS衛星からの衛星信号と、前記SPS衛星と時刻非同期の通信基地局からの通信信号を使用して2次元測位を行う測位装置が、前記SPS衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信ステップと、前記測位装置が、2個の前記SPS衛星から前記衛星信号を受信して算出した各擬似距離と各前記SPS衛星の軌道情報に基づいて、前記測位装置の推定位置を示す推定線を算出する推定線算出ステップと、前記測位装置が、前記通信信号が前記通信基地局と前記測位装置との間を往復する往復時間を取得する往復時間取得ステップと、前記測位装置が、前記往復時間と前記通信基地局の位置に基づいて、前記測位装置の予想位置を示す予想円を算出する予想円算出ステップと、前記測位装置が、前記推定線と前記予想円との複数の共有点を算出する共有点算出ステップと、前記測位装置が、前記SPS衛星から各前記共有点への視線方向ベクトルと前記衛星信号の発信周波数に基づいて、予想ドップラー偏移を算出する予想ドップラー偏移算出ステップと、前記測位装置が、前記衛星信号の実際の受信周波数と前記発信周波数に基づいて、実際のドップラー偏移である実測ドップラー偏移を算出する実測ドップラー偏移算出ステップと、前記測位装置が、各前記共有点について、前記予想ドップラー偏移と前記実測ドップラー偏移との差分を算出する差分算出ステップと、前記測位装置が、小さい方の前記差分に対応する前記共有点を、前記測位装置が出力するための出力位置として選択する出力位置選択ステップと、を実行させることを特徴とする測位装置の制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体によって達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
以下、この発明の好適な実施の形態を添付図面等を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【0022】
図1及び図2は、本発明の実施の形態の端末20等を示す概略図である。
図1に示すように、端末20は、GPS衛星12a及び12bから信号S1及びS2を受信することができる。端末20は、2つのGPS衛星12a等からの信号S1等、及び、後述の基地局40の通信信号CSを使用して、2次元測位を行うことができるようになっている。端末20は、測位装置の一例である。GPS衛星12a等は、SPS衛星の一例である。信号S1等は衛星信号の一例である。ここで、2次元測位とは、緯度及び経度を算出する測位を意味する。高度は既知の定数であり、例えば、基地局40の位置の高度である。
端末20は、通信機能を有し、基地局40(図2参照)を介して他の端末(図示せず)と通信することができるようになっている。
【0023】
信号S1は、C/A(Clear and AcquisionまたはCoarse and Access)コードを含む。C/Aコードは、擬似雑音符号(以後、PN(Pseudo random noise code)符号と呼ぶ)の一つである。このC/Aコードは、1.023Mbpsのビット率、1,023bit(=1msec)のビット長の信号である。C/Aコードは、1,023チップ(chip)で構成されている。端末20は、このC/Aコードを使用して現在位置の測位を行う。
SPS衛星は、GPS衛星に限らず、例えば、Galileoにおいて使用される衛星や準天頂衛星等であってもよい。
【0024】
端末20は例えば、携帯電話機、PHS(Personal Handy−phone System)、PDA(Personal Digital Assistance)等であるが、これらに限らない。
【0025】
端末20は、例えば、各GPS衛星12aからC/Aコードが発信された時刻と、そのC/Aコードを端末20が受信した時刻との時間差(以後、「遅延時間」と呼ぶ)に光速を乗じることによって、擬似距離を算出する。
端末20は、3個以上GPS衛星12a等からC/Aコードを受信することができれば、各擬似距離と、各GPS衛星12a等の衛星軌道上の位置を使用して、現在位置を測位することができる。
また、端末20は、2個のGPS衛星12a等からC/Aコードを受信することができれば、基地局40の位置と通信電波CSを使用して、2次元測位をすることができる。
【0026】
2個のGPS衛星12a等からの信号S1等を使用して2次元測位する場合、端末20がGPS衛星12a等が算出する時刻(GPS時刻)と同期していない限り、測位位置を特定することはできず、以下に説明するように、測位位置は一般的には曲線で示される推定位置の集合となる。
端末20は、例えば、GPS衛星12aについての擬似距離r1及びGPS衛星12bについての擬似距離r2を算出する。
図1(a)に示すように、端末20とGPS衛星12aとの真の距離が、端末20とGPS衛星12bとの真の距離に等しい場合には、端末20のxy平面上の推定座標は、y=fg(x)の式で表現される直線L1を描く。これは、端末20はGPS時刻に同期していないから、GPS衛星12a等の軌道上の位置及び遅延時間を正確に特定することができないからである。実際の計算は、複数の時刻tを仮定してGPS衛星12a及び12bの軌道上の位置、擬似距離r1及びr2を算出し、複数のxy平面上の座標を算出する。そして、複数のxy平面上の座標を結ぶと、直線L1を得る。例えば、時刻t1に対応して擬似距離r1及びr2を算出し、時刻t2に対応して擬似距離r1a及びr2aを算出する。各時刻における座標の演算は、収束計算によって算出される。図示は省略しているが、GPS衛星12a等の位置も時刻t1と時刻t2とでは異なる。なお、高度Hは基地局40の位置として既知であることを仮定している。
これに対して、図1(b)に示すように、端末20とGPS衛星12aとの真の距離が、端末20とGPS衛星12bとの真の距離に等しくない場合には、端末20のxy平面上の推定座標は、y=fg(x)の式で表現される曲線L2を描く。
このように、2つのGPS衛星12a等から信号S1等を受信したとしても、端末20がGPS時刻と同期していない限り、端末20の位置をxy座標において特定することはできない。
これを、別の観点から考察すると、GPS衛星12aの衛星軌道上の位置を中心として擬似距離r1を中心とする球と、GPS衛星12bの衛星軌道上の位置を中心として擬似距離r2を中心とする球との交点は円であり、高度Hは基地局40の位置として既知であるとすれば、その円において高度Hである2点のいずれかである。この2点のうち、一方は、明らかに不正解であるから、端末20の位置を特定できるはずである。ところが、GPS衛星12a等が2つだけでは、端末20の時刻誤差を算出することができないから、端末20の位置は、一点で特定することはできず、直線L1又は曲線L2となる。直線L1及び曲線L2は、推定線の一例である。
なお、曲線L2の方が直線L1よりも一般的なので、y=fg(x)は曲線L2を示すものとして以下の説明をする。また、曲線L2と直線L1を総称して、推定線と呼ぶ。
【0027】
図2に示すように、端末20は、基地局40から通信信号CSを受信することができる。基地局40は、通信基地局の一例である。基地局40は、GPS衛星12a等の時刻(GPS時刻)と同期していない。すなわち、基地局40は、時刻非同期の通信システムにおける通信基地局である。基地局40は固定位置に位置し、その位置は既知である。
端末20は、通信信号CSが基地局40と端末20との間を往復する時間に基づいて、基地局40と端末20との距離dを算出することができる。そして、端末20は、基地局40の位置を中心として、距離dを半径とする円L3を算出することができる。この円L3は、xとyの関数であり、y=fr(x)で表現される。
曲線L2と円L3が図2(a)に示すように共有点P0で接する場合もあるが、一般的には、図2(b)に示すように、曲線L2と円L3は共有点P1及びP2の2点で交わるか、または、共有点を有さない。
【0028】
このような状態において、端末20は、以下に説明するように、非同期の通信システムにおけるRTTを併用して2次元測位を行い、妥当な位置を出力することができるようになっている。
【0029】
(端末20の主なハードウエア構成について)
図3は端末20の主なハードウエア構成を示す概略図である。
図3に示すように、端末20は、コンピュータを有しており、コンピュータは、バス22を有する。
このバス22には、CPU(Central Processing Unit)24、記憶装置26が接続されている。記憶装置26は例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等である。
【0030】
また、このバス22には、各種情報や命令の入力を受けるための入力装置28、電源装置30、基地局40との間で通信信号を送受信するための通信装置32、GPS衛星12a等から信号S1等を受信するためのGPS装置34及び、各種情報を表示するための表示装置36が接続されている。
また、このバス22には、時計38が接続されている。
【0031】
(端末20の主なソフトウエア構成について)
図4は、端末20の主なソフトウエア構成を示す概略図である。
図4に示すように、端末20は、各部を制御する制御部100、図3の通信装置32に対応する通信部102、GPS装置34に対応するGPS部104、表示装置36に対応する表示部106、時計38に対応する計時部108等を有する。
端末20は、また、各種プログラムを格納する第1記憶部110、各種情報を格納する第2記憶部150を有する。
【0032】
図4に示すように、端末20は、第2記憶部150に、衛星軌道情報152を格納している。衛星軌道情報152は、すべてのGPS衛星12a等の概略の軌道を示すアルマナック(Almanac)152a、及び、各GPS衛星12a等の精密な軌道を示すエフェメリス(Ephemeris)152bを含む。端末20は、アルマナック152a及びエフェメリス152bを、GPS衛星12a等からの信号S1等を受信してデコードすることによって取得する。
端末20は、衛星軌道情報152を、信号S1等及び通信信号CSに基づく測位に使用する。
【0033】
図4に示すように、端末20は、第1記憶部110に、衛星信号受信プログラム112を格納している。衛星信号受信プログラム112は、制御部100が、GPS衛星12a等から、信号S1等を受信するためのプログラムである。衛星信号受信プログラム112と制御部100は、衛星信号受信手段の一例である。
具体的には、制御部100は、アルマナック152aを参照して、現在時刻において観測可能なGPS衛星12a等を判断し、観測可能なGPS衛星12a等からの信号S1等を受信する。このとき、基準となる自己位置は、例えば、前回の測位位置を使用する。
【0034】
図4に示すように、端末20は、第1記憶部110に、推定線算出受信プログラム114を格納している。
制御部100は、推定線算出受信プログラム114に基づいて、信号S1等を受信して、端末20が保持するレプリカC/Aコードとの相関処理を行い、GPS衛星12aについてのコードフェーズCPb1、及び、GPS衛星12bについてのコードフェーズCPb2を算出する。
制御部100は、コードフェーズCPb1及びCPb2を示すコードフェーズ情報154を第2記憶部150に格納する。
さらに、制御部100は、コードフェーズCPb1及びCPb2に基づいて、擬似距離r1及びr2(図1及び図2参照)を算出する。このとき、計時部108によって算出した現在時刻tを使用して、擬似距離r1及びr2を算出する。
制御部100は、擬似距離r1及びr2を示す擬似距離情報156を第2記憶部150に格納する。
なお、本実施の形態とは異なり、制御部100は、遅延時間によって擬似距離r1及びr2を算出してもよい。
【0035】
続いて、制御部100は、エフェメリス152bを使用して現在時刻におけるGPS衛星12a及び12bの軌道上の位置を算出する。このとき、計時部108によって算出した現在時刻tを現在時刻として使用する。
【0036】
ここで、現在時刻tはGPS時刻と同期していないから、正確な時刻であるとは限らない。このため、制御部100は、現在時刻tの前後の時刻においても、上述の擬似距離及び各時刻におけるGPS衛星12a及び12bの位置を算出する。
そして、制御部100は、複数の時刻における擬似距離r1及びr2と、GPS衛星12a及び12bの位置に基づいて、端末20の推定位置を示す曲線L2(図1及び図2参照)を算出する。すなわち、推定線算出受信プログラム114と制御部100は、推定線算出手段の一例である。
制御部100は、曲線L2を示す推定線情報158を第2記憶部150に格納する。
【0037】
図4に示すように、端末20は、第1記憶部110に、基地局情報取得プログラム116を格納している。基地局情報取得プログラム116は、制御部100が、基地局40と通信し、基地局位置Q及びRTT(Round Trip Time)を取得するためのプログラムである。RTTは、通信信号CSが基地局40と端末20との間を往復するために必要な時間である。RTTは、往復時間の一例である。そして、基地局情報取得プログラム116と制御部100は、往復時間取得手段の一例である。
制御部100は、通信信号CSに含まれる基地局位置Qを示す情報を抽出する。そして、制御部100は、基地局位置Qを示す基地局位置情報160として第2記憶部150に格納する。
【0038】
基地局40から送信された通信信号CSの特定のフレームは、端末20から基地局40に返信されるようになっている。基地局40は、その特定のフレームを送信した時刻と受信した時刻とを計測することによって、RTTを算出する。そして、基地局40は、通信信号CSにRTTを示す情報を含ませて、端末20に送信する。
端末20は、通信信号CSに含まれるRTTを示す情報を抽出する。そして、制御部100は、RTTを示すRTT情報162を第2記憶部150に格納する。
なお、本実施の形態とは異なり、端末20が特定のフレームを基地局40に送信し、基地局40からその特定のフレームを受信するようにしてもよい。そして、端末20が特定のフレームを送信した時刻と受信した時刻との間の時間をRTTとしてもよい。
【0039】
図4に示すように、端末20は、第1記憶部110に、予想円半径算出プログラム118を格納している。予想円半径算出プログラム118は、制御部100が、RTTに基づいて、予想円L3(図2参照)の半径dを算出するためのプログラムである。制御部100は、RTTの2分の1の時間において電波が進む距離を算出し、半径dを算出する。なお、電波は、光速で伝播するから、RTTの2分の1の時間に光速を乗じることによって、半径dを算出することができる。
制御部100は、半径dを示す半径情報164を第2記憶部150に格納する。
【0040】
図4に示すように、端末20は、第1記憶部110に、予想円算出プログラム120を格納している。予想円算出プログラム120は、制御部100が、半径dと基地局位置Qに基づいて、予想円L3(図2参照)を算出するためのプログラムである。上述の予想円半径算出プログラム118と予想円算出プログラム120と制御部100は、予想円算出手段の一例である。
制御部100は、算出した予想円L3を示す予想円情報166を第2記憶部150に格納する。
【0041】
図4に示すように、端末20は、第1記憶部110に、共有点算出プログラム122を格納している。共有点算出プログラム122は、制御部100が、曲線L2と予想円L3との共有点を算出するためのプログラムである。共有点算出プログラム122と制御部100は、共有点算出手段の一例である。
制御部100は、例えば、共有点P1及びP2(図2(b)参照)を算出する。制御部100は、共有点P1及びP2を示す共有点情報168を第2記憶部150に格納する。
【0042】
図4に示すように、端末20は、第1記憶部110に、現在位置決定プログラム124を格納している。
現在位置決定プログラム124は、予想ドップラー偏移算出プログラム124a、実測ドップラー偏移算出プログラム124b、差分算出プログラム124c、出力位置選択プログラム124dを含む。
【0043】
図5は、予想ドップラー偏移算出プログラム124aの説明図である。
予想ドップラー偏移算出プログラム124aは、制御部100が、GPS衛星12a等から共有点P1及びP2への視線方向ベクトルと、信号S1等の発信周波数f0に基づいて、予想ドップラー偏移DPestを算出するためのプログラムである。予想ドップラー偏移算出プログラム124aと制御部100は、予想ドップラー偏移算出手段の一例である。
制御部100は、エフェメリス152bを参照して現在時刻tにおけるGPS衛星の座標Psaと、速度ベクトルVgaを算出する。そして、座標Psaから共有点P1へ向かう方向(視線方向)に速度ベクトルVgaを分解し、視線方向の速度ベクトルVs1aを得る。速度ベクトルVs1aには、視線方向の速度V1aが示されている。同様にして、制御部100は、共有点P2についての速度ベクトルVs2aを算出する。
続いて、制御部100は、式1によって共有点P1におけるドップラー偏移DPest1を算出し、式2によって共有点P2におけるドップラー偏移DPest2を算出する。式1及び式2は、一般的なドップラー偏移算出のための式である。
なお、発信周波数f0は既知であり、約1.5ギガヘルツ(GHz)である。
制御部100は、算出したドップラー偏移DPest1及びドップラー偏移DPest2を示す予想ドップラー偏移情報170を第2記憶部150に格納する。
【0044】
図6は、実測ドップラー偏移算出プログラム124bの説明図である。
実測ドップラー偏移算出プログラム124bは、制御部100が、信号S1等の実際の受信周波数と発信周波数f0に基づいて、実際のドップラー偏移である実測ドップラー偏移DPrを算出するためのプログラムである。実測ドップラー偏移算出プログラム124bと制御部100は、実測ドップラー偏移算出手段の一例である。
制御部100は、実際の受信周波数frから既知の発信周波数f0を減じる式3によって、実測ドップラー偏移DPrを算出する。
制御部100は、算出した実測ドップラー偏移DPrを示す実測ドップラー偏移情報172を第2記憶部150に格納する。
【0045】
図7は、差分算出プログラム124cの説明図である
差分算出プログラム124cは、制御部100が、各共有点P1及びP2について、予想ドップラー偏移DPestと実測ドップラー偏移DPrとの差分DPdifを算出するためのプログラムである。差分DPdifは差分の一例である。差分算出プログラム124cと制御部100は、差分算出手段の一例である。
制御部100は、共有点P1についての予想ドップラー偏移DPest1から実測ドップラー偏移DPrを減じる式4によって、共有点P1についての差分DPdif1を算出する。制御部100は、同様に、式5によって、共有点P2についての差分DPdif2を算出する。
制御部100は、算出した差分DPdif1及びDPdif2を示す差分情報174を第2記憶部150に格納する。
【0046】
図8は、出力位置選択プログラム124dの説明図である。
出力位置選択プログラム124dは、制御部100が、小さい方の差分DPdif1又はDPdif2に対応する共有点P1又はP2を、端末20が表示装置36に表示するための出力位置Pfixとして選択するためのプログラムである。出力位置選択プログラム124dと制御部100は、出力位置選択手段の一例である。
図8に示すように、DPdif1がDPdif2よりも小さい場合には、制御部100は、共有点P1を選択して出力位置Pfixとする。これに対して、DPdif2がDPdif1よりも小さい場合には、制御部100は、共有点P2を選択して出力位置Pfixとする。
制御部100は、出力位置Pfixを示す出力位置情報176を第2記憶部150に格納する。
【0047】
図4に示すように、端末20は、第1記憶部110に、位置出力プログラム126を格納している。位置出力プログラム126は、制御部100が、出力位置Pfixを表示装置36に表示するためのプログラムである。
【0048】
なお、推定線L2と予想円L3との共有点が存在しない場合には、制御部100は、以下のようにして出力位置Pfixを決定する。
【0049】
図9は、共有点が存在しない場合の出力位置Pfixの決定方法の一例を示す図である。
制御部100は、曲線L2と予想円L3との共有点が存在しない場合には、図9(a)に示すように、曲線L2と予想円L3と等距離にある点を算出し、現在位置Pfixとする。
曲線L2と予想円L3とが交わらず、接しない場合には、共有点は存在しない。一方で、端末20は、予想円L3及び曲線L2の近傍に位置するはずである。
この点、制御部100は、共有点が存在しない場合であっても、曲線L2と予想円L3に基づいて、現在位置Pfixを算出することができる。
【0050】
なお、本実施の形態とは異なり、制御部100は、曲線L2と予想円L3との共有点が存在しない場合には、図9(b)に示すように、予想円L3上の位置であって、曲線L2と最も近い位置を現在位置Pfixとして算出するようにしてもよい。
【0051】
端末20は、上述のように構成されている。
上述のように、端末20は、曲線L2を算出することができる。
また、端末20は、予想円L3を算出することができる。
そして、端末20は、曲線L2と予想円L3の共有点を算出することができる。ここで
、共有点は1個であるとは限らない。
この点、端末20は、複数の共有点から、表示装置36に出力するための出力位置Pfixを選択することができる。
具体的には、端末20は、各共有点P1及びP2について、予想ドップラー偏移DPestを算出することができる。
予想ドップラー偏移DPestは、各共有点P1及びP2ごとに異なる。
また、端末20は、実測ドップラー偏移DPrを算出することができる。実測ドップラ
ー偏移DPrは、実際のドップラー偏移である。
そして、端末20は、差分DPdifを算出することができる。
そして、端末20は、小さい方の差分DPdifに対応する共有点P1又はP2を出力位置Pfixとして選択することができる。差分DPdifが小さいということは、予想ドップラー偏移DPestの精度が高いということを意味する。予想ドップラー偏移DPestはGPS衛星12aから各共有点P1又はP2への視線方向ベクトルを使用して算出されるから、共有点P1又はP2の座標が真の位置に近いほど、予想ドップラー偏移DPestの精度が高くなる。このため、差分DPdifが小さいということは、その差分DPdifに対応する共有点P1又はP2が真の位置に近いことを意味する。
このため、端末20は、小さい方の差分DPdifに対応する共有点P1又はP2を出力位置Pfixとして選択することによって、精度の高い位置を出力することができる。
これにより、端末20は、非同期の通信システムにおけるRTTを併用して2次元測位を行い、位置誤差の少ない位置を出力することができる。
【0052】
以上が本実施の形態の端末20の構成であるが、以下、その動作例を主に図10を使用して説明する。
図10は本実施の形態の端末20の動作例を示す概略フローチャートである。
【0053】
まず、端末20は、GPS衛星12a等から信号S1等を受信する(図10のステップST1)。このステップST1は、衛星信号受信ステップの一例である。
続いて、端末20は、推定線L2(図1及び図2参照)を算出する(ステップST2)。このステップST2は、推定線算出ステップの一例である。
【0054】
続いて、端末20は、RTTを取得する(ステップST3)。このステップST3は、往復時間取得ステップの一例である。
続いて、端末20は、予想円L3を算出する(ステップST4)。このステップST4は、予想円算出ステップの一例である。ステップST4においては、RTTに基づいて予想円L3の半径dを算出し、この半径d3と基地局位置Qに基づいて、予想円L3を算出する。
【0055】
続いて、端末20は、曲線L2と予想円L3との共有点を算出する(ステップST5)。このステップST5は、共有点算出ステップの一例である。ここで、共有点は、2つあると仮定して、以下の説明をする。
続いて、端末20は、各共有点P1及びP2について、予想ドップラー偏移DPestを算出する(ステップST6)。このステップST6は、予想ドップラー偏移算出ステップの一例である。
【0056】
続いて、端末20は、実測ドップラー偏移DPrを算出する(ステップST7)。このステップST7は、実測ドップラー偏移算出ステップの一例である。
続いて、端末20は、各共有点P1及びP2について、予想ドップラー偏移DPestと実測ドップラー偏移DPrとの差分DPdifを算出する(ステップST8)。このステップST8は、差分算出ステップの一例である。
【0057】
続いて、端末20は、小さい方の差分DPdifに対応する共有点P1又はP2を出力位置Pfixとして選択する(ステップST9)。このステップST9は、出力位置選択ステップの一例である。
続いて、端末20は、出力位置Pfixを出力する(ステップST10)。
【0058】
上述のステップによって、端末20は、非同期の通信システムにおけるRTTを併用して2次元測位を行い、位置誤差の少ない位置を出力することができる。
【0059】
(第2の実施の形態)
次に、第2の実施の形態の端末20Aについて説明する。第2の実施の形態の端末20Aの構成は、上記第1の実施の形態の端末20と多くの構成が共通するため共通する部分は同一の符号等とし、説明を省略し、以下、相違点を中心に説明する。
【0060】
例えば、GPS衛星12aと共有点P1及びP2との相対的な位置によっては、差分DPdif1とDPdif2がほぼ等しい場合がある。この場合、共有点P1及びP2のいずれが真の位置に近いのかを判断することはできない。
この点、端末20Aは、以下に説明するように、このような場合においても、出力位置Pfixを決定することができるようになっている。
【0061】
図11は、端末20Aの主なソフトウエア構成を示す概略図である。
図11に示すように、端末20Aは、第1記憶部110に、現在位置決定プログラム124Aを格納している。現在位置決定プログラム124Aは、予想ドップラー偏移算出プログラム124aA、実測ドップラー偏移算出プログラム124bA、差分算出プログラム124cA及び出力位置選択プログラム124dAを含む。
【0062】
図12は、予想ドップラー偏移算出プログラム124aAの説明図である。
図12に示すように、制御部100は予想ドップラー偏移算出プログラム124aAに基づいて、曲線L2の生成に使用した2個のGPS衛星12a及び12bについて、それぞれDPest1及びDPest2を算出する。
すなわち、制御部100は、GPS衛星12aについてDPest1及びDPest2を算出し、さらに、GPS衛星12bについてDPest1及びDPest2を算出する。
【0063】
図13は、実測ドップラー偏移算出プログラム124bAの説明図である。
図13に示すように、制御部100は、2個のGPS衛星12a及び12bについて、それぞれ実測ドップラー偏移DPrを算出する。
すなわち、制御部100は、GPS衛星12aについての実測ドップラー偏移DPrを算出し、さらに、GPS衛星12bについての実測ドップラー偏移DPrを算出する。
【0064】
図14は、差分算出プログラム124cAの説明図である。
図14に示すように、制御部100は、2個のGPS衛星12a及び12bについて、それぞれ差分DPdif1及びDPdif2を算出する。
すなわち、制御部100は、GPS衛星12aについて差分DPdif1a及びDPdif2aを算出し、さらに、GPS衛星12bについて差分DPdif1b及びDPdif2bを算出する。
【0065】
図15は、出力位置選択プログラム124dAの説明図である。
図15に示すように、制御部100は、差分DPdif1aとDPdif2aがほぼ等しい場合には、差分DPdif1bとDPdif2bを比較して、小さい方の差分DPdif1b又はDPdif2bに対応する共有点P1又はP2のいずれかを選択するようになっている。
【0066】
上述のように、端末20Aは、一方のGPS衛星12aについての複数の共有点P1及びP2についての差分DPdifがほぼ等しい場合であっても、他方のGPS衛星12bについての複数の共有点P1及びP2についての差分DPdifに基づいて、出力位置Pfixを選択することができる。
【0067】
(第3の実施の形態)
次に、第3の実施の形態の端末20Bについて説明する。第3の実施の形態の端末20Bの構成は、上記第1の実施の形態の端末20と多くの構成が共通するため共通する部分は同一の符号等とし、説明を省略し、以下、相違点を中心に説明する。
【0068】
上述の共有点P1及びP2の位置の精度が低い場合には、真の位置との乖離が大きくなる。むしろ、真の位置は、共有点P1及びP2を統計処理して得られた位置に近い場合もある。そこで、端末20Bは、以下に説明するように、共有点P1及びP2の平均位置を参照位置Prefを算出し、参照位置Prefの方が共有点P1及びP2よりも真の位置に近い場合には、参照位置Prefを最終的な出力位置Pfixとして選択する。
【0069】
図16は、端末20Bの主なソフトウエア構成を示す概略図である。
図11に示すように、端末20Bは、第1記憶部110に、参照位置算出プログラム128を格納している。参照位置算出プログラム128は、制御部100が、共有点P1及びP2に基づいて、参照位置Prefを算出するためのプログラムである。参照位置Prefは、参照位置の一例である。参照位置算出プログラム128と制御部100は、参照位置算出手段の一例である。
【0070】
図17は、参照位置算出プログラム128の説明図である。
図17に示すように、制御部100は、共有点P1とP2の平均位置を算出し、その平均位置を参照位置Prefとする。
制御部100は、算出した参照位置Prefを示す参照位置情報178を第2記憶部150に格納する。
【0071】
図16に示すように、端末20Bは、第2記憶部150に、現在位置決定プログラム124Bを格納している。現在位置決定プログラム124Bは、予想ドップラー偏移算出プログラム124aB、実測ドップラー偏移算出プログラム124bB、差分算出プログラム124cB及び出力位置選択プログラム124dBを含む。
【0072】
図18は、予想ドップラー偏移算出プログラム124aBの説明図である。
図18に示すように、制御部100は予想ドップラー偏移算出プログラム124aBに基づいて、共有点P1及びP2と参照位置Prefについて、それぞれ予想ドップラー偏移DPestを算出する。
すなわち、制御部100は、共有点P1についてDPest1を算出し、共有点P2についてDPest2を算出し、さらに、参照位置Prefについて式10によってDPest3を算出する。
【0073】
図19は、差分算出プログラム124cBの説明図である。
図14に示すように、制御部100は、共有点P1及びP2と参照位置Prefについて、それぞれ差分DPdifを算出する。
すなわち、制御部100は、共有点P1について差分DPdif1を算出し、共有点P2について差分DPdif2を算出し、さらに、式11によって、参照位置Prefについて差分DPdif3を算出する。
【0074】
図20は、出力位置選択プログラム124dBの説明図である。
図20に示すように、制御部100は、差分DPdif1、DPdif2及びDPdif3のうち、最も小さい差分に対応する位置を出力位置Pfixとして選択するようになっている。
【0075】
上述のように、端末20Bは、共有点P1及びP2についての差分Pdifが、参照位置Prefについての差分Pdifよりも大きい場合には、参照位置Pdifを最終出力位置とする構成となっているから、より真の位置に近い位置を出力することができる。
【0076】
(第1の変形例)
図21は、第3の実施の形態の第1の変形例の説明図である。
図21に示すように、制御部100は、曲線L2と予想円L3とで形成される図形の重心を参照位置Prefとして算出する構成となっている。
【0077】
(第2の変形例)
図22は、第3の実施の形態の第2の変形例の説明図である。
図22に示すように、制御部100は、2個の共有点P1及びP2によって規定される予想円L3の円周の短い方の弧上において、2個の共有点P1及びP2の中間点を参照位置Prefとする。
【0078】
予想円L3の半径dは擬似距離r1及びr2よりもはるかに短いから、RTTに誤差があったとしても、RTTの誤差が予想円L3の半径dの絶対値に与える影響は限定的である。このため、端末20は、予想円L3上に位置すると考えてよい。
また、端末20は、曲線2の近傍に位置するはずである。
制御部100は、現在位置決定プログラム124Bに基づいて、2個の共有点P1及びP2によって規定される予想円L3の円周の短い方の弧上において、2個の共有点P1及びP2の中間点を現在位置Pfixとするから、2個の共有点の中間点を現在位置Pfixとする場合よりも、位置誤差を低減することができる
【0079】
(プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等について)
コンピュータに上述の動作例の衛星信号受信ステップと、推定線算出ステップと、往復時間取得ステップと、予想円算出ステップと、共有点算出ステップと、予想ドップラー偏移算出ステップと、実測ドップラー偏移算出ステップと、差分算出ステップと、出力位置選択ステップ等を実行させるための測位装置の制御プログラムとすることができる。
また、このような測位装置の制御プログラム等を記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体等とすることもできる。
【0080】
これら測位装置の制御プログラム等をコンピュータにインストールし、コンピュータによって実行可能な状態とするために用いられるプログラム格納媒体は、例えばフロッピー(登録商標)のようなフレキシブルディスク、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、CD−R(Compact Disc−Recordable)、CD−RW(Compact Disc−Rewritable)、DVD(Digital Versatile Disc)などのパッケージメディアのみならず、プログラムが一時的若しくは永続的に格納される半導体メモリ、磁気ディスクあるいは光磁気ディスクなどで実現することができる。
【0081】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されない。さらに、上述の各実施の形態は、相互に組み合わせて構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0082】
【図1】本発明の実施の形態の端末等を示す概略図である。
【図2】本発明の実施の形態の端末等を示す概略図である。
【図3】端末の主なハードウエア構成を示す概略図である。
【図4】端末の主なソフトウエア構成を示す概略図である。
【図5】予想ドップラー偏移算出プログラムの説明図である。
【図6】実測ドップラー偏移算出プログラムの説明図である。
【図7】差分算出プログラムの説明図である。
【図8】出力位置選択プログラムの説明図である。
【図9】出力位置の決定方法の一例を示す図である。
【図10】端末の動作例を示す概略フローチャートである。
【図11】端末の主なソフトウエア構成を示す概略図である。
【図12】予想ドップラー偏移算出プログラムの説明図である。
【図13】実測ドップラー偏移算出プログラムの説明図である。
【図14】差分算出プログラムの説明図である。
【図15】出力位置選択プログラムの説明図である。
【図16】端末の主なソフトウエア構成を示す概略図である。
【図17】参照位置算出プログラムの説明図である。
【図18】予想ドップラー偏移算出プログラムの説明図である。
【図19】差分算出プログラムの説明図である。
【図20】出力位置選択プログラムの説明図である。
【図21】変形例の説明図である。
【図22】変形例の説明図である。
【符号の説明】
【0083】
12a,12b・・・GPS衛星、20・・・端末、40・・・基地局、112・・・衛星信号受信プログラム、114・・・推定線算出プログラム、116・・・基地局情報取得プログラム、118・・・予想円半径算出プログラム、120・・・予想円算出プログラム、122・・・共有点算出プログラム、124・・・現在位置決定プログラム、124a・・・予想ドップラー偏移算出プログラム、124b・・・実測ドップラー偏移算出プログラム、124c・・・差分算出プログラム、124d・・・出力位置選択プログラム
【特許請求の範囲】
【請求項1】
SPS(Satellite Positioing System)衛星からの衛星信号と、前記SPS衛星と時刻非同期の通信基地局からの通信信号を使用して2次元測位を行う測位装置であって、
前記SPS衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信手段と、
2個の前記SPS衛星から前記衛星信号を受信して算出した各擬似距離と各前記SPS衛星の軌道情報に基づいて、前記測位装置の推定位置を示す推定線を算出する推定線算出手段と、
前記通信信号が前記通信基地局と前記測位装置との間を往復する往復時間を取得する往復時間取得手段と、
前記往復時間と前記通信基地局の位置に基づいて、前記測位装置の予想位置を示す予想円を算出する予想円算出手段と、
前記推定線と前記予想円との複数の共有点を算出する共有点算出手段と、
前記SPS衛星から各前記共有点への視線方向ベクトルと前記衛星信号の発信周波数に基づいて、予想ドップラー偏移を算出する予想ドップラー偏移算出手段と、
前記衛星信号の実際の受信周波数と前記発信周波数に基づいて、実際のドップラー偏移である実測ドップラー偏移を算出する実測ドップラー偏移算出手段と、
各前記共有点について、前記予想ドップラー偏移と前記実測ドップラー偏移との差分を算出する差分算出手段と、
小さい方の前記差分に対応する前記共有点を、前記測位装置が出力するための出力位置
として選択する出力位置選択手段と、
を有することを特徴とする測位装置。
【請求項2】
前記予想ドップラー偏移算出手段は、2個の前記SPS衛星について、それぞれ前記予想ドップラー偏移を算出する構成となっており、
前記実測ドップラー偏移算出手段は、前記予想ドップラー偏移算出手段が使用した2個の前記SPS衛星について、それぞれ前記実測ドップラー偏移を算出する構成となっており、
前記差分算出手段は、前記予想ドップラー偏移算出手段が使用した2個の前記SPS衛星について、それぞれ前記差分を算出する構成となっており、
前記出力位置選択手段は、一方の前記SPS衛星についての複数の前記共有点についての差分がほぼ等しい場合には、他方の前記SPS衛星についての複数の前記共有点についての差分に基づいて、前記出力位置を選択する構成となっていることを特徴とする請求項1に記載の測位装置。
【請求項3】
複数の前記共有点に基づいて、参照位置を算出する参照位置算出手段を有し、
前記予想ドップラー偏移算出手段は、前記参照位置についても前記予想ドップラー偏移を算出する構成となっており、
前記差分算出手段は、前記参照位置についても前記差分を算出する構成となっており、
前記出力位置選択手段は、
前記出力位置に対応する前記共有点についての前記差分が、前記参照位置についての前記差分以下である場合には、前記出力位置を最終出力位置とし、
前記出力位置算出手段は、前記出力位置に対応する前記共有点についての前記差分が、前記参照位置についての前記差分よりも大きい場合には、前記参照位置を最終出力位置とする構成となっていることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載の測位装置。
【請求項4】
前記参照位置は、複数の前記共有点の平均位置であることを特徴とする請求項3に記載の測位装置。
【請求項5】
前記参照位置は、前記推定線と前記予想円とで形成される図形の重心であることを特徴とする請求項3に記載の測位装置。
【請求項6】
前記参照位置は、2個の前記共有点によって規定される前記予想円の円周部分において、2個の前記共有点の中間点であることを特徴とする請求項3に記載の測位装置。
【請求項7】
前記出力位置選択手段は、前記共有点が存在しない場合には、前記推定線と前記予想円と等距離にある位置を前記出力位置として算出する構成となっていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の測位装置。
【請求項8】
前記出力位置選択手段は、前記共有点が存在しない場合には、前記予想円上の位置であって、前記推定線と最も近い位置を前記出力位置として算出する構成となっていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の測位装置。
【請求項9】
SPS衛星からの衛星信号と、前記SPS衛星と時刻非同期の通信基地局からの通信信号を使用して2次元測位を行う測位装置が、前記SPS衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信ステップと、
前記測位装置が、2個の前記SPS衛星から前記衛星信号を受信して算出した各擬似距離と各前記SPS衛星の軌道情報に基づいて、前記測位装置の推定位置を示す推定線を算出する推定線算出ステップと、
前記測位装置が、前記通信信号が前記通信基地局と前記測位装置との間を往復する往復時間を取得する往復時間取得ステップと、
前記測位装置が、前記往復時間と前記通信基地局の位置に基づいて、前記測位装置の予想位置を示す予想円を算出する予想円算出ステップと、
前記測位装置が、前記推定線と前記予想円との複数の共有点を算出する共有点算出ステップと、
前記測位装置が、前記SPS衛星から各前記共有点への視線方向ベクトルと前記衛星信号の発信周波数に基づいて、予想ドップラー偏移を算出する予想ドップラー偏移算出ステップと、
前記測位装置が、前記衛星信号の実際の受信周波数と前記発信周波数に基づいて、実際のドップラー偏移である実測ドップラー偏移を算出する実測ドップラー偏移算出ステップと、
前記測位装置が、各前記共有点について、前記予想ドップラー偏移と前記実測ドップラー偏移との差分を算出する差分算出ステップと、
前記測位装置が、小さい方の前記差分に対応する前記共有点を、前記測位装置が出力するための出力位置として選択する出力位置選択ステップと、
を有することを特徴とする測位装置の制御方法。
【請求項10】
コンピュータに、
SPS衛星からの衛星信号と、前記SPS衛星と時刻非同期の通信基地局からの通信信号を使用して2次元測位を行う測位装置が、前記SPS衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信ステップと、
前記測位装置が、2個の前記SPS衛星から前記衛星信号を受信して算出した各擬似距離と各前記SPS衛星の軌道情報に基づいて、前記測位装置の推定位置を示す推定線を算出する推定線算出ステップと、
前記測位装置が、前記通信信号が前記通信基地局と前記測位装置との間を往復する往復時間を取得する往復時間取得ステップと、
前記測位装置が、前記往復時間と前記通信基地局の位置に基づいて、前記測位装置の予想位置を示す予想円を算出する予想円算出ステップと、
前記測位装置が、前記推定線と前記予想円との複数の共有点を算出する共有点算出ステップと、
前記測位装置が、前記SPS衛星から各前記共有点への視線方向ベクトルと前記衛星信号の発信周波数に基づいて、予想ドップラー偏移を算出する予想ドップラー偏移算出ステップと、
前記測位装置が、前記衛星信号の実際の受信周波数と前記発信周波数に基づいて、実際のドップラー偏移である実測ドップラー偏移を算出する実測ドップラー偏移算出ステップと、
前記測位装置が、各前記共有点について、前記予想ドップラー偏移と前記実測ドップラー偏移との差分を算出する差分算出ステップと、
前記測位装置が、小さい方の前記差分に対応する前記共有点を、前記測位装置が出力するための出力位置として選択する出力位置選択ステップと、
を有することを特徴とする測位装置の制御プログラム。
【請求項11】
コンピュータに、
SPS衛星からの衛星信号と、前記SPS衛星と時刻非同期の通信基地局からの通信信号を使用して2次元測位を行う測位装置が、前記SPS衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信ステップと、
前記測位装置が、2個の前記SPS衛星から前記衛星信号を受信して算出した各擬似距離と各前記SPS衛星の軌道情報に基づいて、前記測位装置の推定位置を示す推定線を算出する推定線算出ステップと、
前記測位装置が、前記通信信号が前記通信基地局と前記測位装置との間を往復する往復時間を取得する往復時間取得ステップと、
前記測位装置が、前記往復時間と前記通信基地局の位置に基づいて、前記測位装置の予想位置を示す予想円を算出する予想円算出ステップと、
前記測位装置が、前記推定線と前記予想円との複数の共有点を算出する共有点算出ステップと、
前記測位装置が、前記SPS衛星から各前記共有点への視線方向ベクトルと前記衛星信号の発信周波数に基づいて、予想ドップラー偏移を算出する予想ドップラー偏移算出ステップと、
前記測位装置が、前記衛星信号の実際の受信周波数と前記発信周波数に基づいて、実際のドップラー偏移である実測ドップラー偏移を算出する実測ドップラー偏移算出ステップと、
前記測位装置が、各前記共有点について、前記予想ドップラー偏移と前記実測ドップラー偏移との差分を算出する差分算出ステップと、
前記測位装置が、小さい方の前記差分に対応する前記共有点を、前記測位装置が出力するための出力位置として選択する出力位置選択ステップと、
を実行させることを特徴とする測位装置の制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項1】
SPS(Satellite Positioing System)衛星からの衛星信号と、前記SPS衛星と時刻非同期の通信基地局からの通信信号を使用して2次元測位を行う測位装置であって、
前記SPS衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信手段と、
2個の前記SPS衛星から前記衛星信号を受信して算出した各擬似距離と各前記SPS衛星の軌道情報に基づいて、前記測位装置の推定位置を示す推定線を算出する推定線算出手段と、
前記通信信号が前記通信基地局と前記測位装置との間を往復する往復時間を取得する往復時間取得手段と、
前記往復時間と前記通信基地局の位置に基づいて、前記測位装置の予想位置を示す予想円を算出する予想円算出手段と、
前記推定線と前記予想円との複数の共有点を算出する共有点算出手段と、
前記SPS衛星から各前記共有点への視線方向ベクトルと前記衛星信号の発信周波数に基づいて、予想ドップラー偏移を算出する予想ドップラー偏移算出手段と、
前記衛星信号の実際の受信周波数と前記発信周波数に基づいて、実際のドップラー偏移である実測ドップラー偏移を算出する実測ドップラー偏移算出手段と、
各前記共有点について、前記予想ドップラー偏移と前記実測ドップラー偏移との差分を算出する差分算出手段と、
小さい方の前記差分に対応する前記共有点を、前記測位装置が出力するための出力位置
として選択する出力位置選択手段と、
を有することを特徴とする測位装置。
【請求項2】
前記予想ドップラー偏移算出手段は、2個の前記SPS衛星について、それぞれ前記予想ドップラー偏移を算出する構成となっており、
前記実測ドップラー偏移算出手段は、前記予想ドップラー偏移算出手段が使用した2個の前記SPS衛星について、それぞれ前記実測ドップラー偏移を算出する構成となっており、
前記差分算出手段は、前記予想ドップラー偏移算出手段が使用した2個の前記SPS衛星について、それぞれ前記差分を算出する構成となっており、
前記出力位置選択手段は、一方の前記SPS衛星についての複数の前記共有点についての差分がほぼ等しい場合には、他方の前記SPS衛星についての複数の前記共有点についての差分に基づいて、前記出力位置を選択する構成となっていることを特徴とする請求項1に記載の測位装置。
【請求項3】
複数の前記共有点に基づいて、参照位置を算出する参照位置算出手段を有し、
前記予想ドップラー偏移算出手段は、前記参照位置についても前記予想ドップラー偏移を算出する構成となっており、
前記差分算出手段は、前記参照位置についても前記差分を算出する構成となっており、
前記出力位置選択手段は、
前記出力位置に対応する前記共有点についての前記差分が、前記参照位置についての前記差分以下である場合には、前記出力位置を最終出力位置とし、
前記出力位置算出手段は、前記出力位置に対応する前記共有点についての前記差分が、前記参照位置についての前記差分よりも大きい場合には、前記参照位置を最終出力位置とする構成となっていることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載の測位装置。
【請求項4】
前記参照位置は、複数の前記共有点の平均位置であることを特徴とする請求項3に記載の測位装置。
【請求項5】
前記参照位置は、前記推定線と前記予想円とで形成される図形の重心であることを特徴とする請求項3に記載の測位装置。
【請求項6】
前記参照位置は、2個の前記共有点によって規定される前記予想円の円周部分において、2個の前記共有点の中間点であることを特徴とする請求項3に記載の測位装置。
【請求項7】
前記出力位置選択手段は、前記共有点が存在しない場合には、前記推定線と前記予想円と等距離にある位置を前記出力位置として算出する構成となっていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の測位装置。
【請求項8】
前記出力位置選択手段は、前記共有点が存在しない場合には、前記予想円上の位置であって、前記推定線と最も近い位置を前記出力位置として算出する構成となっていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の測位装置。
【請求項9】
SPS衛星からの衛星信号と、前記SPS衛星と時刻非同期の通信基地局からの通信信号を使用して2次元測位を行う測位装置が、前記SPS衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信ステップと、
前記測位装置が、2個の前記SPS衛星から前記衛星信号を受信して算出した各擬似距離と各前記SPS衛星の軌道情報に基づいて、前記測位装置の推定位置を示す推定線を算出する推定線算出ステップと、
前記測位装置が、前記通信信号が前記通信基地局と前記測位装置との間を往復する往復時間を取得する往復時間取得ステップと、
前記測位装置が、前記往復時間と前記通信基地局の位置に基づいて、前記測位装置の予想位置を示す予想円を算出する予想円算出ステップと、
前記測位装置が、前記推定線と前記予想円との複数の共有点を算出する共有点算出ステップと、
前記測位装置が、前記SPS衛星から各前記共有点への視線方向ベクトルと前記衛星信号の発信周波数に基づいて、予想ドップラー偏移を算出する予想ドップラー偏移算出ステップと、
前記測位装置が、前記衛星信号の実際の受信周波数と前記発信周波数に基づいて、実際のドップラー偏移である実測ドップラー偏移を算出する実測ドップラー偏移算出ステップと、
前記測位装置が、各前記共有点について、前記予想ドップラー偏移と前記実測ドップラー偏移との差分を算出する差分算出ステップと、
前記測位装置が、小さい方の前記差分に対応する前記共有点を、前記測位装置が出力するための出力位置として選択する出力位置選択ステップと、
を有することを特徴とする測位装置の制御方法。
【請求項10】
コンピュータに、
SPS衛星からの衛星信号と、前記SPS衛星と時刻非同期の通信基地局からの通信信号を使用して2次元測位を行う測位装置が、前記SPS衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信ステップと、
前記測位装置が、2個の前記SPS衛星から前記衛星信号を受信して算出した各擬似距離と各前記SPS衛星の軌道情報に基づいて、前記測位装置の推定位置を示す推定線を算出する推定線算出ステップと、
前記測位装置が、前記通信信号が前記通信基地局と前記測位装置との間を往復する往復時間を取得する往復時間取得ステップと、
前記測位装置が、前記往復時間と前記通信基地局の位置に基づいて、前記測位装置の予想位置を示す予想円を算出する予想円算出ステップと、
前記測位装置が、前記推定線と前記予想円との複数の共有点を算出する共有点算出ステップと、
前記測位装置が、前記SPS衛星から各前記共有点への視線方向ベクトルと前記衛星信号の発信周波数に基づいて、予想ドップラー偏移を算出する予想ドップラー偏移算出ステップと、
前記測位装置が、前記衛星信号の実際の受信周波数と前記発信周波数に基づいて、実際のドップラー偏移である実測ドップラー偏移を算出する実測ドップラー偏移算出ステップと、
前記測位装置が、各前記共有点について、前記予想ドップラー偏移と前記実測ドップラー偏移との差分を算出する差分算出ステップと、
前記測位装置が、小さい方の前記差分に対応する前記共有点を、前記測位装置が出力するための出力位置として選択する出力位置選択ステップと、
を有することを特徴とする測位装置の制御プログラム。
【請求項11】
コンピュータに、
SPS衛星からの衛星信号と、前記SPS衛星と時刻非同期の通信基地局からの通信信号を使用して2次元測位を行う測位装置が、前記SPS衛星から衛星信号を受信する衛星信号受信ステップと、
前記測位装置が、2個の前記SPS衛星から前記衛星信号を受信して算出した各擬似距離と各前記SPS衛星の軌道情報に基づいて、前記測位装置の推定位置を示す推定線を算出する推定線算出ステップと、
前記測位装置が、前記通信信号が前記通信基地局と前記測位装置との間を往復する往復時間を取得する往復時間取得ステップと、
前記測位装置が、前記往復時間と前記通信基地局の位置に基づいて、前記測位装置の予想位置を示す予想円を算出する予想円算出ステップと、
前記測位装置が、前記推定線と前記予想円との複数の共有点を算出する共有点算出ステップと、
前記測位装置が、前記SPS衛星から各前記共有点への視線方向ベクトルと前記衛星信号の発信周波数に基づいて、予想ドップラー偏移を算出する予想ドップラー偏移算出ステップと、
前記測位装置が、前記衛星信号の実際の受信周波数と前記発信周波数に基づいて、実際のドップラー偏移である実測ドップラー偏移を算出する実測ドップラー偏移算出ステップと、
前記測位装置が、各前記共有点について、前記予想ドップラー偏移と前記実測ドップラー偏移との差分を算出する差分算出ステップと、
前記測位装置が、小さい方の前記差分に対応する前記共有点を、前記測位装置が出力するための出力位置として選択する出力位置選択ステップと、
を実行させることを特徴とする測位装置の制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【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15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【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15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【公開番号】特開2008−51681(P2008−51681A)
【公開日】平成20年3月6日(2008.3.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−228772(P2006−228772)
【出願日】平成18年8月25日(2006.8.25)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年3月6日(2008.3.6)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年8月25日(2006.8.25)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】
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