衛星信号受信装置
【課題】衛星信号の情報からマルチパスの影響を自動的に抑制し、測位精度を上げる。
【解決手段】最適パラメータ算出装置9が、マルチパスの影響の度合いの情報を算出し、仰角及び方位角マスクを最適規制装置7に設定する。最適規制装置7は、前記仰角及び方位角マスクにより衛星信号の情報を規制し、最適演算処理装置8に送る。最適演算処理装置8は、規制された衛星信号の情報と前記マルチパスの影響の度合いの情報を考慮して測位演算を行う。
【解決手段】最適パラメータ算出装置9が、マルチパスの影響の度合いの情報を算出し、仰角及び方位角マスクを最適規制装置7に設定する。最適規制装置7は、前記仰角及び方位角マスクにより衛星信号の情報を規制し、最適演算処理装置8に送る。最適演算処理装置8は、規制された衛星信号の情報と前記マルチパスの影響の度合いの情報を考慮して測位演算を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、GPS、GLONASS、GALILEO等のGNSS衛星信号のコード若しくはキャリア(搬送波)を利用した単独測位及び相対測位に用いる衛星信号受信装置に関し、特に、マルチパスの影響を抑制して、精度の高い位置情報(受信位置)を算出する衛星信号受信装置に関する。
【背景技術】
【0002】
衛星信号受信装置、例えばGPS受信装置は、複数のGPS衛星から送信されるGPS電波を受信し、このGPS衛星信号に含まれる各種情報(衛星信号の情報)に基づきGPS受信装置が設置された位置のデータ、すなわち受信位置を計測する。
【0003】
図5は、従来技術に係る衛星信号受信装置6の構成を示している。この衛星信号受信装置6の受信装置2は、アンテナ1に到達した衛星信号を受信し、衛星のコード、キャリア、衛星軌道及び衛星信号受信レベル等の衛星信号の情報を規制装置3に対して出力する。
【0004】
規制装置3は、衛星信号の情報から計算される衛星仰角の情報と、記憶している仰角マスクの情報を基に、衛星毎のコード若しくはキャリア情報の規制を行う。仰角マスクは、受信装置2から出力される衛星毎のコード若しくはキャリア情報を衛星の仰角情報で規制する(利用しないようにする)パラメータである。
【0005】
そして、演算処理装置4は、規制装置3から出力される情報を基に測位演算を行うことで、前記仰角マスクに対応する分のマルチパスの影響を抑制した位置情報を出力することができる。
【0006】
操作装置5は、外部の指示を衛星信号受信装置6に伝達する装置で、例えば操作装置5の指示により、規制装置3は、自己が記憶している情報規制に関するパラメータの設定及び初期化等の作業を行うことができる。
【0007】
このような衛星信号受信装置6は、他の衛星信号受信装置の補正情報を利用することで、単独測位方式のみならず、相対測位方式による位置情報を出力することができる。
【0008】
他の衛星信号受信装置で得た補正情報を、演算処理装置4で利用する相対測位方式により、位置情報の精度を上げることが可能である。この場合、演算処理装置4は、前記補正情報を利用した相対測位方式の測位演算を行うことで、衛星の時計の誤差と衛星信号受信装置6の時計誤差による誤差を消去でき、さらに電離層及び大気中での電波の遅延による誤差等を抑圧できるため、単独測位方式に比べて、位置情報の精度を上げることができる。
【0009】
ただし、相対測位方式によっても、マルチパスの影響による位置誤差を前記仰角マスクに対応する分以上には抑圧することができない。
【0010】
周知のように、マルチパスによる影響は、位置情報の精度を劣化させる主要因の1つである。従って、このマルチパスの影響による位置情報の誤差をできるだけ抑圧することが望まれている。
【0011】
マルチパスの影響による位置情報の誤差を抑圧する方法として、上述したように、規制装置3において、マルチパスの影響を受けた衛星情報を仰角マスクによって規制する方法がある。
【0012】
高仰角衛星から受信した衛星情報に比べて、低仰角衛星から受信した衛星情報の方が、よりマルチパスの影響を受けやすい。そのため低仰角側に仰角マスクを設定することで、低仰角衛星から受信した衛星情報を規制し、高仰角衛星から受信した衛星情報を利用することで、結果的にマルチパスの影響による位置情報の誤差を抑圧させることができる。
【0013】
しかし、従来技術に係る衛星信号受信装置6の仰角マスクのパラメータは、標準的な環境で決定した値、例えば衛星信号受信装置6の設置場所がオープンスカイであることを想定した仰角5度前後の値を固定して使用していた。そのため、衛星信号受信装置6が標準的な環境に設置された場合でしか、マルチパスの影響による位置情報の誤差を最適に抑圧することができなかった。その結果、衛星信号受信装置6が設置される環境が山岳地帯や市街地等では、必ずしも最適な精度の位置情報を得ることができなかった。
【0014】
図6は、このような課題を解決する従来技術に係る衛星信号受信装置13の構成を示している(特許文献1)。この衛星信号受信装置13は、図5例の衛星信号受信装置6に比較して、複数種類のパラメータを記憶する記憶装置11−1〜11−nと、設置環境に応じて記憶装置11−1〜11−nから任意のパラメータを選択することが可能なパラメータ選択装置12を規制装置3と操作装置5との間に設けている。
【0015】
このような構成において、記憶装置11−1〜11−nに、例えば、予め郊外地用、市街地用及び標準用の仰角マスクを設定しておけば、設置環境に応じてパラメータ選択装置12が所望のパラメータを選択することで、図5例の衛星信号受信装置6に比較して、設置環境毎に異なるマルチパスの影響による位置情報の誤差をより抑圧することができる。
【0016】
【特許文献1】特開2004−12426号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0017】
しかしながら、このように構成される衛星信号受信装置13においても、以下に説明する2つの問題がある。
【0018】
第1に、規制装置3に設定される仰角マスクは、マルチパスの影響を受けやすい方位に位置する衛星から受信した衛星情報と、マルチパスの影響を受けにくい方位に位置する衛星から受信した衛星情報とを区別することなく、衛星仰角のみの情報に基づいて情報を規制してしまうという欠点がある。
【0019】
すなわち、これは、図7に示すように、衛星信号受信装置13の近傍に、衛星信号に悪影響を及ぼす建築物等の障害物15が存在する環境において、障害物15に対向する方向に位置する衛星16の衛星信号は、直接波17とマルチパスに係わる障害物15で反射した電波18(反射波)が干渉することで、この衛星信号におけるコード及びキャリア情報に誤差が生じる。
【0020】
これに対して、障害物15に対向する方向に位置しない衛星19の衛星信号は、直接波20だけとなり、マルチパスの影響を受けにくい。このマルチパスの影響による位置誤差を軽減するために衛星信号受信装置13は、パラメータ選択装置12によって最適な仰角マスクを設定しようとするが、仮に衛星16と衛星19とが同一の仰角であった場合、衛星信号のマルチパスの影響の仕方が異なるにもかかわらず、両衛星16、19の衛星情報を規制するか、両衛星の衛星情報を規制しないかといった両極端の選択しかできないという欠点があり、必ずしも設置環境に応じた最適な位置情報が得られる訳ではないという問題がある。
【0021】
第2に、記憶装置11−1〜11−nに対し、複数個の仰角マスク等のパラメータを予め設定する作業は、繁雑であり、かつ非効率的であるという問題がある。
【0022】
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであって、マルチパスの影響を考慮して適切な衛星を選択し、位置情報(受信位置)の精度を高めることを可能とする衛星信号受信装置を提供することを目的とする。
【0023】
また、この発明は、衛星信号受信装置の設置環境に応じて、利用する衛星を自動的に選択することを可能とする衛星信号受信装置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】
【0024】
この発明のかかる目的は、衛星から送信される衛星信号を受信し、受信した前記衛星信号の情報を出力する受信装置と、前記衛星信号の情報から、受信した前記衛星信号に対するマルチパスの影響の度合いの情報を算出する最適パラメータ算出装置と、前記最適パラメータ算出装置によって算出された前記マルチパスの影響の度合いの情報に基づき、前記衛星信号の情報の規制を行う最適規制装置と、を備えることを特徴とする衛星信号受信装置によって達成される。
【0025】
この発明によれば、マルチパスの影響のある衛星信号を自動的に抑圧し、その結果、適切な衛星の選択が可能となり、測位演算結果の受信位置の精度を高めることができる。
【0026】
なお、さらに、前記最適パラメータ算出装置によって算出された前記マルチパスの影響の度合いの情報と、前記最適規制装置によって規制された前記衛星信号の情報に基づいた衛星仰角情報と衛星方位角情報と衛星信号受信レベル情報によって算出される重み係数行列を用いて測位演算を行い受信位置を求める最適演算処理装置を備えることで、精度のよい受信位置を得ることができる。
【0027】
この場合、前記最適パラメータ算出装置は、前記最適演算処理装置で使用する情報及び前記最適演算処理装置で使用された過去の情報を基に統計的手法を利用し、衛星方向毎のコード若しくはキャリアに対する前記マルチパスの影響の度合いを算出することができる。
【0028】
なお、前記最適パラメータ算出装置は、算出した前記マルチパスの影響の度合いから、利用を規制する衛星の仰角及び方位角マスクを算出する。
【0029】
ここで、前記最適演算処理装置は、さらに別の衛星信号受信装置で得た補正情報を利用して前記測位演算を行うことでより受信位置の測位精度を上げることができる。
【発明の効果】
【0030】
この発明によれば、マルチパスの影響を抑圧して適切な衛星が選択でき、位置情報(受信位置)の精度を高めることができる。
【0031】
また、この発明は、衛星信号受信装置の設置環境に応じて、利用する衛星を自動的に選択することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0032】
次に、この発明に係る衛星信号受信装置について、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下に説明する。なお、以下に参照する符号において、図5〜図7に示したものと対応するものあるいは同一のものには、同一の符号を付ける。
【0033】
図1は、第1の実施形態に係るGPS受信装置等の衛星信号受信装置10の構成を示すブロック図である。
【0034】
衛星信号受信装置10は、アンテナ1と、受信装置2と、最適規制装置7と、最適演算処理装置8と、最適パラメータ算出装置9と、操作装置5とを備える。
【0035】
受信装置2は、GPS衛星等の衛星からの衛星信号をアンテナ1により受信し、受信した衛星信号の情報を出力する。出力する情報は、衛星毎のキャリア情報、コード情報、衛星航法情報(衛星位置情報)、衛星信号受信レベル情報等が含まれる。マルチパスによる影響がある場合、衛星信号の情報のうち、コード若しくはキャリア情報にマルチパスによる雑音が付加される。
【0036】
また、衛星信号受信装置10を固定点に設置している場合には、衛星信号受信装置10が移動している場合に比較して、設置している周囲環境の変化が少なく、周囲障害物等に反射する電波の経路は時間的な相関が高いため、コード若しくはキャリア情報及び衛星位置情報及び衛星信号受信レベル情報を基にマルチパスによる雑音の影響度合いは、統計的手法によって比較的容易に把握することができる。
【0037】
以下の説明は、衛星信号受信装置10が固定点に設置されている場合を前提とするが、固定点に設置された衛星信号受信装置10に限られるものではなく、移動している物体に設置した衛星信号受信装置10についても同様に適用される。
【0038】
最適パラメータ算出装置9は、後述するように、前記衛星信号に関する情報から、受信した衛星信号に対するマルチパスの影響の度合いの情報を算出する。
【0039】
最適規制装置7は、最適パラメータ算出装置9によって算出されたマルチパスの影響の度合いの情報に基づき、衛星方向毎に異なるマルチパスによる影響を受けたコード若しくはキャリア情報を規制するために、任意の仰角及び方位角の範囲をマスク(仰角及び方位角マスク)することが可能な自由度の高い情報の規制を行う。
【0040】
仰角及び方位角マスクの一例を、図2に、衛星信号受信装置10から見た天空面を表すスカイプロット中に示す。この図2は、最適規制装置7が、衛星信号受信装置10での仰角30゜以下の範囲且つ方位角45゜から180゜の範囲に囲まれた斜線範囲をマスクしている様子を図示している。この場合、最適規制装置7は、受信した衛星情報のうち、斜線範囲内(仰角0゜〜30゜及び方位角45゜〜180゜の範囲)の衛星から受信した衛星情報の規制(利用しないようにすること)を行う。
【0041】
最適規制装置7は、衛星位置に基づいた自由度の高いマスク処理を実施することで、任意のマスク範囲に該当する衛星のコード若しくはキャリア情報を規制することができ、これにより衛星方向毎に異なるマルチパスの影響を受けた衛星信号の情報を適切に規制することが可能となる。以下、衛星信号受信装置10で任意の仰角及び方位角の範囲に存在する衛星の情報を規制することを仰角及び方位角マスクと称する。最適規制装置7は、複数の障害物等によるマルチパスの影響を排除するために、複数の範囲の仰角及び方位角マスクを取り扱うこともできる。
【0042】
最適演算処理装置8は、最適規制装置7から出力された衛星信号の情報に基づき、マルチパスの影響を抑圧するための重み係数を用いた測位演算を行う。最適演算処理装置8で行う測位演算は、単独測位方式若しくは相対測位方式に対応させることが可能である。
【0043】
図3に示すように、相対測位方式に対応させる場合には、補正情報配信装置21から相対測位方式の測位演算に必要となる情報を要求する。
【0044】
次に、マルチパスの影響を抑圧するための重み係数を用いた測位方程式を説明する。単独測位方程式と相対測位方程式で、最適演算処理装置8が取り扱う測位方程式は異なるが、測位方程式を行列及びベクトルで表現すると、(1)式のように表現できる。なお、最適演算処理装置8では、最小二乗法やカルマンフィルタ等を用いて受信位置が算出される。例えば、最小二乗法を用いて、位置情報である受信位置を求める場合は次のように行われる。
【0045】
求める受信位置(未知量)をベクトルx、航法データに基づいて定められ最小二乗法における計画行列をA、受信位置の観測値に基づくベクトルをy、誤差ベクトルをeとすると測位方程式は(1)式のように表される。この(1)式において、誤差ベクトルeを最小になるような未知量xが、求めるべき受信位置xとなる。
【0046】
e=Ax−y…(1)
誤差ベクトルeが最小になるように未知量のベクトルxを求める際に必要となる最小二乗推定値をXとすると、このXは、最小二乗法における重み係数行列をP、Aの転置行列をATとして、(2)式のように表現される。
【0047】
X=(ATPA)-1ATPy…(2)
ここで、計画行列A、受信位置の観測量ベクトルyは、単独測位方式の場合には、最適規制装置7から出力される衛星位置情報及びコード(擬似距離)情報を用いて定められ、相対測位方式の場合には、最適規制装置7から出力される衛星位置情報及びコード(擬似距離)情報若しくはキャリア情報及び補正情報配信装置2から配信される補正情報を用いて定められる。補正情報配信装置2の補正情報は、設置位置が既知である固定された衛星信号受信装置の情報を用いて定められる。
【0048】
上記(2)式において、重み係数行列Pは、衛星仰角情報と衛星方位角情報と、衛星信号の受信レベル情報及び最適パラメータ算出装置9で算出される前記衛星信号に対するマルチパスの影響の度合いの情報を用いて定められる。(2)式を使用することで、最適規制装置7では、除去することができないようなマルチパスの影響を抑圧することができ、算出される受信位置の精度を高めることができる。
【0049】
なお、重み係数行列Pは、(2)式において、マルチパスの影響がほとんどないオープンスカイの環境では、重み係数行列Pを単位行列I{P=I …(3)}とし、受信位置の観測量ベクトルyに対して重みを与えないことも可能である。なお、マルチパスの度合いを計算する初期段階のとき、換言すれば統計情報を収集する段階でも、P=Iとする。
【0050】
以上のような重み係数行列Pを導入することによって、衛星方向毎に異なるマルチパスの影響を適切に抑圧でき、単独測位方式若しくは相対測位方式において最適精度での位置情報を求めることができる。
【0051】
ここでは、一例として最小二乗法で、重み係数行列Pを導入したときの未知量のベクトルxの最適な推定値を求める方法を示したが、この方法に限定するものはなく統計的手法の1つである観測量ベクトルyの時間変化に着目して、未知量のベクトルxの最適な推定値を求めるカルマンフィルタ等による方法を利用して、(1)式の測位方程式を解くこともできる。
【0052】
次に、最適パラメータ算出装置9は、最適演算処理装置8から出力される情報と、操作装置5から与えられた情報を基に、マルチパスの影響の度合いに対応した最適な仰角及び方位角マスクを統計的手法によって自動的に算出する。
【0053】
算出方法の一例として、(4)式で与えられる残差ベクトルνと、衛星位置情報と衛星信号受信レベルの各情報における最新(現在)及び過去情報を用いた統計的手法によって求める方法がある。また、算出方法の他の例として、(5)式で与えられる推定誤差ベクトルεと、衛星位置情報及び衛星信号受信レベル情報における最新(現在)及び過去情報を用いた統計的手法によって求める方法がある。
【0054】
(4)式と(5)式の両方の算出結果から総合的に判断することで、結果の信頼性を高めるようにしても良い。
【0055】
ν=AX−y …(4)
ε=AX−Y …(5)
ここで、(5)式における観測量ベクトルの推定真値Yの算出方法は、衛星位置情報と最適演算処理装置8から出力される位置情報における過去情報を基に算出する方法、若しくは、衛星位置情報と操作装置5によって指定された観測量ベクトルの推定真値Yを使用する方法等がある。
【0056】
(4)式で求められる残差ベクトルν及び(5)式で求められる推定誤差ベクトルεを構成するそれぞれの要素は、いずれも所定の衛星信号に対するマルチパスの影響の度合いを示している。このマルチパスによる影響の度合いを示す情報及び衛星位置情報を統計処理することで、マルチパスの影響を受けやすい仰角及び方位角を把握することができるため、適切な仰角及び方位角マスクを算出することができる。
【0057】
図4は、衛星信号受信装置4から衛星100に対する仰角と方位角を説明している。
【0058】
最適パラメータ算出装置9において、(4)式と(5)式の計算結果を統計処理することで算出された仰角及び方位角マスクの情報が最適規制装置7に供給され、この計算結果に基づき、最適規制装置7が規制をかける。また、最適パラメータ算出装置9により算出したマルチパスによる影響の度合いを示す統計結果は、最適演算処理装置8で使用する重み係数行列Pを算出する情報として提供する。最適規制装置7、最適演算処理装置8及び最適パラメータ算出装置9によって、設置環境に応じて異なるマルチパスの影響に対して、最適に対応することができる。
【0059】
このように上述した実施形態によれば、最適パラメータ算出装置9が、マルチパスの影響の度合いの情報を算出し、この情報に基づく仰角及び方位角マスク(複数個も可)を最適規制装置7に設定する。最適規制装置7は、前記仰角及び方位角マスクにより衛星信号の情報を規制し、最適演算処理装置8に送る。最適演算処理装置8は、規制された衛星信号の情報と前記マルチパスの影響の度合いの情報を考慮して測位演算を行う。このようにして、マルチパスの影響を受けやすい方位に位置する衛星から受信した衛星情報と、マルチパスの影響の受けにくい方位に位置する衛星から受信した衛星情報とを区別して規制することが可能となり、衛星信号受信装置10がその設置環境に応じたマルチパスの影響を抑制した精度の高い受信位置の測位演算を行うことができる。
【0060】
なお、この発明は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【0061】
【図1】一実施形態に係る衛星信号受信装置のブロック図である。
【図2】仰角及び方位角マスクの例を示すスカイプロット図である。
【図3】相対測位方式を説明するための衛星信号受信装置のブロック図である。
【図4】衛星に対する仰角及び方位角の説明図である。
【図5】従来技術に係る衛星信号受信装置のブロック図である。
【図6】他の従来技術に係る衛星信号受信装置のブロック図である。
【図7】マルチパスの説明図である。
【符号の説明】
【0062】
1…アンテナ 2…受信装置
5…操作装置 7…最適規制装置
8…最適演算処理装置 10…衛星信号受信装置
9…最適パラメータ算出装置 21…補正情報配信装置
【技術分野】
【0001】
この発明は、GPS、GLONASS、GALILEO等のGNSS衛星信号のコード若しくはキャリア(搬送波)を利用した単独測位及び相対測位に用いる衛星信号受信装置に関し、特に、マルチパスの影響を抑制して、精度の高い位置情報(受信位置)を算出する衛星信号受信装置に関する。
【背景技術】
【0002】
衛星信号受信装置、例えばGPS受信装置は、複数のGPS衛星から送信されるGPS電波を受信し、このGPS衛星信号に含まれる各種情報(衛星信号の情報)に基づきGPS受信装置が設置された位置のデータ、すなわち受信位置を計測する。
【0003】
図5は、従来技術に係る衛星信号受信装置6の構成を示している。この衛星信号受信装置6の受信装置2は、アンテナ1に到達した衛星信号を受信し、衛星のコード、キャリア、衛星軌道及び衛星信号受信レベル等の衛星信号の情報を規制装置3に対して出力する。
【0004】
規制装置3は、衛星信号の情報から計算される衛星仰角の情報と、記憶している仰角マスクの情報を基に、衛星毎のコード若しくはキャリア情報の規制を行う。仰角マスクは、受信装置2から出力される衛星毎のコード若しくはキャリア情報を衛星の仰角情報で規制する(利用しないようにする)パラメータである。
【0005】
そして、演算処理装置4は、規制装置3から出力される情報を基に測位演算を行うことで、前記仰角マスクに対応する分のマルチパスの影響を抑制した位置情報を出力することができる。
【0006】
操作装置5は、外部の指示を衛星信号受信装置6に伝達する装置で、例えば操作装置5の指示により、規制装置3は、自己が記憶している情報規制に関するパラメータの設定及び初期化等の作業を行うことができる。
【0007】
このような衛星信号受信装置6は、他の衛星信号受信装置の補正情報を利用することで、単独測位方式のみならず、相対測位方式による位置情報を出力することができる。
【0008】
他の衛星信号受信装置で得た補正情報を、演算処理装置4で利用する相対測位方式により、位置情報の精度を上げることが可能である。この場合、演算処理装置4は、前記補正情報を利用した相対測位方式の測位演算を行うことで、衛星の時計の誤差と衛星信号受信装置6の時計誤差による誤差を消去でき、さらに電離層及び大気中での電波の遅延による誤差等を抑圧できるため、単独測位方式に比べて、位置情報の精度を上げることができる。
【0009】
ただし、相対測位方式によっても、マルチパスの影響による位置誤差を前記仰角マスクに対応する分以上には抑圧することができない。
【0010】
周知のように、マルチパスによる影響は、位置情報の精度を劣化させる主要因の1つである。従って、このマルチパスの影響による位置情報の誤差をできるだけ抑圧することが望まれている。
【0011】
マルチパスの影響による位置情報の誤差を抑圧する方法として、上述したように、規制装置3において、マルチパスの影響を受けた衛星情報を仰角マスクによって規制する方法がある。
【0012】
高仰角衛星から受信した衛星情報に比べて、低仰角衛星から受信した衛星情報の方が、よりマルチパスの影響を受けやすい。そのため低仰角側に仰角マスクを設定することで、低仰角衛星から受信した衛星情報を規制し、高仰角衛星から受信した衛星情報を利用することで、結果的にマルチパスの影響による位置情報の誤差を抑圧させることができる。
【0013】
しかし、従来技術に係る衛星信号受信装置6の仰角マスクのパラメータは、標準的な環境で決定した値、例えば衛星信号受信装置6の設置場所がオープンスカイであることを想定した仰角5度前後の値を固定して使用していた。そのため、衛星信号受信装置6が標準的な環境に設置された場合でしか、マルチパスの影響による位置情報の誤差を最適に抑圧することができなかった。その結果、衛星信号受信装置6が設置される環境が山岳地帯や市街地等では、必ずしも最適な精度の位置情報を得ることができなかった。
【0014】
図6は、このような課題を解決する従来技術に係る衛星信号受信装置13の構成を示している(特許文献1)。この衛星信号受信装置13は、図5例の衛星信号受信装置6に比較して、複数種類のパラメータを記憶する記憶装置11−1〜11−nと、設置環境に応じて記憶装置11−1〜11−nから任意のパラメータを選択することが可能なパラメータ選択装置12を規制装置3と操作装置5との間に設けている。
【0015】
このような構成において、記憶装置11−1〜11−nに、例えば、予め郊外地用、市街地用及び標準用の仰角マスクを設定しておけば、設置環境に応じてパラメータ選択装置12が所望のパラメータを選択することで、図5例の衛星信号受信装置6に比較して、設置環境毎に異なるマルチパスの影響による位置情報の誤差をより抑圧することができる。
【0016】
【特許文献1】特開2004−12426号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0017】
しかしながら、このように構成される衛星信号受信装置13においても、以下に説明する2つの問題がある。
【0018】
第1に、規制装置3に設定される仰角マスクは、マルチパスの影響を受けやすい方位に位置する衛星から受信した衛星情報と、マルチパスの影響を受けにくい方位に位置する衛星から受信した衛星情報とを区別することなく、衛星仰角のみの情報に基づいて情報を規制してしまうという欠点がある。
【0019】
すなわち、これは、図7に示すように、衛星信号受信装置13の近傍に、衛星信号に悪影響を及ぼす建築物等の障害物15が存在する環境において、障害物15に対向する方向に位置する衛星16の衛星信号は、直接波17とマルチパスに係わる障害物15で反射した電波18(反射波)が干渉することで、この衛星信号におけるコード及びキャリア情報に誤差が生じる。
【0020】
これに対して、障害物15に対向する方向に位置しない衛星19の衛星信号は、直接波20だけとなり、マルチパスの影響を受けにくい。このマルチパスの影響による位置誤差を軽減するために衛星信号受信装置13は、パラメータ選択装置12によって最適な仰角マスクを設定しようとするが、仮に衛星16と衛星19とが同一の仰角であった場合、衛星信号のマルチパスの影響の仕方が異なるにもかかわらず、両衛星16、19の衛星情報を規制するか、両衛星の衛星情報を規制しないかといった両極端の選択しかできないという欠点があり、必ずしも設置環境に応じた最適な位置情報が得られる訳ではないという問題がある。
【0021】
第2に、記憶装置11−1〜11−nに対し、複数個の仰角マスク等のパラメータを予め設定する作業は、繁雑であり、かつ非効率的であるという問題がある。
【0022】
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであって、マルチパスの影響を考慮して適切な衛星を選択し、位置情報(受信位置)の精度を高めることを可能とする衛星信号受信装置を提供することを目的とする。
【0023】
また、この発明は、衛星信号受信装置の設置環境に応じて、利用する衛星を自動的に選択することを可能とする衛星信号受信装置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】
【0024】
この発明のかかる目的は、衛星から送信される衛星信号を受信し、受信した前記衛星信号の情報を出力する受信装置と、前記衛星信号の情報から、受信した前記衛星信号に対するマルチパスの影響の度合いの情報を算出する最適パラメータ算出装置と、前記最適パラメータ算出装置によって算出された前記マルチパスの影響の度合いの情報に基づき、前記衛星信号の情報の規制を行う最適規制装置と、を備えることを特徴とする衛星信号受信装置によって達成される。
【0025】
この発明によれば、マルチパスの影響のある衛星信号を自動的に抑圧し、その結果、適切な衛星の選択が可能となり、測位演算結果の受信位置の精度を高めることができる。
【0026】
なお、さらに、前記最適パラメータ算出装置によって算出された前記マルチパスの影響の度合いの情報と、前記最適規制装置によって規制された前記衛星信号の情報に基づいた衛星仰角情報と衛星方位角情報と衛星信号受信レベル情報によって算出される重み係数行列を用いて測位演算を行い受信位置を求める最適演算処理装置を備えることで、精度のよい受信位置を得ることができる。
【0027】
この場合、前記最適パラメータ算出装置は、前記最適演算処理装置で使用する情報及び前記最適演算処理装置で使用された過去の情報を基に統計的手法を利用し、衛星方向毎のコード若しくはキャリアに対する前記マルチパスの影響の度合いを算出することができる。
【0028】
なお、前記最適パラメータ算出装置は、算出した前記マルチパスの影響の度合いから、利用を規制する衛星の仰角及び方位角マスクを算出する。
【0029】
ここで、前記最適演算処理装置は、さらに別の衛星信号受信装置で得た補正情報を利用して前記測位演算を行うことでより受信位置の測位精度を上げることができる。
【発明の効果】
【0030】
この発明によれば、マルチパスの影響を抑圧して適切な衛星が選択でき、位置情報(受信位置)の精度を高めることができる。
【0031】
また、この発明は、衛星信号受信装置の設置環境に応じて、利用する衛星を自動的に選択することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0032】
次に、この発明に係る衛星信号受信装置について、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下に説明する。なお、以下に参照する符号において、図5〜図7に示したものと対応するものあるいは同一のものには、同一の符号を付ける。
【0033】
図1は、第1の実施形態に係るGPS受信装置等の衛星信号受信装置10の構成を示すブロック図である。
【0034】
衛星信号受信装置10は、アンテナ1と、受信装置2と、最適規制装置7と、最適演算処理装置8と、最適パラメータ算出装置9と、操作装置5とを備える。
【0035】
受信装置2は、GPS衛星等の衛星からの衛星信号をアンテナ1により受信し、受信した衛星信号の情報を出力する。出力する情報は、衛星毎のキャリア情報、コード情報、衛星航法情報(衛星位置情報)、衛星信号受信レベル情報等が含まれる。マルチパスによる影響がある場合、衛星信号の情報のうち、コード若しくはキャリア情報にマルチパスによる雑音が付加される。
【0036】
また、衛星信号受信装置10を固定点に設置している場合には、衛星信号受信装置10が移動している場合に比較して、設置している周囲環境の変化が少なく、周囲障害物等に反射する電波の経路は時間的な相関が高いため、コード若しくはキャリア情報及び衛星位置情報及び衛星信号受信レベル情報を基にマルチパスによる雑音の影響度合いは、統計的手法によって比較的容易に把握することができる。
【0037】
以下の説明は、衛星信号受信装置10が固定点に設置されている場合を前提とするが、固定点に設置された衛星信号受信装置10に限られるものではなく、移動している物体に設置した衛星信号受信装置10についても同様に適用される。
【0038】
最適パラメータ算出装置9は、後述するように、前記衛星信号に関する情報から、受信した衛星信号に対するマルチパスの影響の度合いの情報を算出する。
【0039】
最適規制装置7は、最適パラメータ算出装置9によって算出されたマルチパスの影響の度合いの情報に基づき、衛星方向毎に異なるマルチパスによる影響を受けたコード若しくはキャリア情報を規制するために、任意の仰角及び方位角の範囲をマスク(仰角及び方位角マスク)することが可能な自由度の高い情報の規制を行う。
【0040】
仰角及び方位角マスクの一例を、図2に、衛星信号受信装置10から見た天空面を表すスカイプロット中に示す。この図2は、最適規制装置7が、衛星信号受信装置10での仰角30゜以下の範囲且つ方位角45゜から180゜の範囲に囲まれた斜線範囲をマスクしている様子を図示している。この場合、最適規制装置7は、受信した衛星情報のうち、斜線範囲内(仰角0゜〜30゜及び方位角45゜〜180゜の範囲)の衛星から受信した衛星情報の規制(利用しないようにすること)を行う。
【0041】
最適規制装置7は、衛星位置に基づいた自由度の高いマスク処理を実施することで、任意のマスク範囲に該当する衛星のコード若しくはキャリア情報を規制することができ、これにより衛星方向毎に異なるマルチパスの影響を受けた衛星信号の情報を適切に規制することが可能となる。以下、衛星信号受信装置10で任意の仰角及び方位角の範囲に存在する衛星の情報を規制することを仰角及び方位角マスクと称する。最適規制装置7は、複数の障害物等によるマルチパスの影響を排除するために、複数の範囲の仰角及び方位角マスクを取り扱うこともできる。
【0042】
最適演算処理装置8は、最適規制装置7から出力された衛星信号の情報に基づき、マルチパスの影響を抑圧するための重み係数を用いた測位演算を行う。最適演算処理装置8で行う測位演算は、単独測位方式若しくは相対測位方式に対応させることが可能である。
【0043】
図3に示すように、相対測位方式に対応させる場合には、補正情報配信装置21から相対測位方式の測位演算に必要となる情報を要求する。
【0044】
次に、マルチパスの影響を抑圧するための重み係数を用いた測位方程式を説明する。単独測位方程式と相対測位方程式で、最適演算処理装置8が取り扱う測位方程式は異なるが、測位方程式を行列及びベクトルで表現すると、(1)式のように表現できる。なお、最適演算処理装置8では、最小二乗法やカルマンフィルタ等を用いて受信位置が算出される。例えば、最小二乗法を用いて、位置情報である受信位置を求める場合は次のように行われる。
【0045】
求める受信位置(未知量)をベクトルx、航法データに基づいて定められ最小二乗法における計画行列をA、受信位置の観測値に基づくベクトルをy、誤差ベクトルをeとすると測位方程式は(1)式のように表される。この(1)式において、誤差ベクトルeを最小になるような未知量xが、求めるべき受信位置xとなる。
【0046】
e=Ax−y…(1)
誤差ベクトルeが最小になるように未知量のベクトルxを求める際に必要となる最小二乗推定値をXとすると、このXは、最小二乗法における重み係数行列をP、Aの転置行列をATとして、(2)式のように表現される。
【0047】
X=(ATPA)-1ATPy…(2)
ここで、計画行列A、受信位置の観測量ベクトルyは、単独測位方式の場合には、最適規制装置7から出力される衛星位置情報及びコード(擬似距離)情報を用いて定められ、相対測位方式の場合には、最適規制装置7から出力される衛星位置情報及びコード(擬似距離)情報若しくはキャリア情報及び補正情報配信装置2から配信される補正情報を用いて定められる。補正情報配信装置2の補正情報は、設置位置が既知である固定された衛星信号受信装置の情報を用いて定められる。
【0048】
上記(2)式において、重み係数行列Pは、衛星仰角情報と衛星方位角情報と、衛星信号の受信レベル情報及び最適パラメータ算出装置9で算出される前記衛星信号に対するマルチパスの影響の度合いの情報を用いて定められる。(2)式を使用することで、最適規制装置7では、除去することができないようなマルチパスの影響を抑圧することができ、算出される受信位置の精度を高めることができる。
【0049】
なお、重み係数行列Pは、(2)式において、マルチパスの影響がほとんどないオープンスカイの環境では、重み係数行列Pを単位行列I{P=I …(3)}とし、受信位置の観測量ベクトルyに対して重みを与えないことも可能である。なお、マルチパスの度合いを計算する初期段階のとき、換言すれば統計情報を収集する段階でも、P=Iとする。
【0050】
以上のような重み係数行列Pを導入することによって、衛星方向毎に異なるマルチパスの影響を適切に抑圧でき、単独測位方式若しくは相対測位方式において最適精度での位置情報を求めることができる。
【0051】
ここでは、一例として最小二乗法で、重み係数行列Pを導入したときの未知量のベクトルxの最適な推定値を求める方法を示したが、この方法に限定するものはなく統計的手法の1つである観測量ベクトルyの時間変化に着目して、未知量のベクトルxの最適な推定値を求めるカルマンフィルタ等による方法を利用して、(1)式の測位方程式を解くこともできる。
【0052】
次に、最適パラメータ算出装置9は、最適演算処理装置8から出力される情報と、操作装置5から与えられた情報を基に、マルチパスの影響の度合いに対応した最適な仰角及び方位角マスクを統計的手法によって自動的に算出する。
【0053】
算出方法の一例として、(4)式で与えられる残差ベクトルνと、衛星位置情報と衛星信号受信レベルの各情報における最新(現在)及び過去情報を用いた統計的手法によって求める方法がある。また、算出方法の他の例として、(5)式で与えられる推定誤差ベクトルεと、衛星位置情報及び衛星信号受信レベル情報における最新(現在)及び過去情報を用いた統計的手法によって求める方法がある。
【0054】
(4)式と(5)式の両方の算出結果から総合的に判断することで、結果の信頼性を高めるようにしても良い。
【0055】
ν=AX−y …(4)
ε=AX−Y …(5)
ここで、(5)式における観測量ベクトルの推定真値Yの算出方法は、衛星位置情報と最適演算処理装置8から出力される位置情報における過去情報を基に算出する方法、若しくは、衛星位置情報と操作装置5によって指定された観測量ベクトルの推定真値Yを使用する方法等がある。
【0056】
(4)式で求められる残差ベクトルν及び(5)式で求められる推定誤差ベクトルεを構成するそれぞれの要素は、いずれも所定の衛星信号に対するマルチパスの影響の度合いを示している。このマルチパスによる影響の度合いを示す情報及び衛星位置情報を統計処理することで、マルチパスの影響を受けやすい仰角及び方位角を把握することができるため、適切な仰角及び方位角マスクを算出することができる。
【0057】
図4は、衛星信号受信装置4から衛星100に対する仰角と方位角を説明している。
【0058】
最適パラメータ算出装置9において、(4)式と(5)式の計算結果を統計処理することで算出された仰角及び方位角マスクの情報が最適規制装置7に供給され、この計算結果に基づき、最適規制装置7が規制をかける。また、最適パラメータ算出装置9により算出したマルチパスによる影響の度合いを示す統計結果は、最適演算処理装置8で使用する重み係数行列Pを算出する情報として提供する。最適規制装置7、最適演算処理装置8及び最適パラメータ算出装置9によって、設置環境に応じて異なるマルチパスの影響に対して、最適に対応することができる。
【0059】
このように上述した実施形態によれば、最適パラメータ算出装置9が、マルチパスの影響の度合いの情報を算出し、この情報に基づく仰角及び方位角マスク(複数個も可)を最適規制装置7に設定する。最適規制装置7は、前記仰角及び方位角マスクにより衛星信号の情報を規制し、最適演算処理装置8に送る。最適演算処理装置8は、規制された衛星信号の情報と前記マルチパスの影響の度合いの情報を考慮して測位演算を行う。このようにして、マルチパスの影響を受けやすい方位に位置する衛星から受信した衛星情報と、マルチパスの影響の受けにくい方位に位置する衛星から受信した衛星情報とを区別して規制することが可能となり、衛星信号受信装置10がその設置環境に応じたマルチパスの影響を抑制した精度の高い受信位置の測位演算を行うことができる。
【0060】
なお、この発明は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【0061】
【図1】一実施形態に係る衛星信号受信装置のブロック図である。
【図2】仰角及び方位角マスクの例を示すスカイプロット図である。
【図3】相対測位方式を説明するための衛星信号受信装置のブロック図である。
【図4】衛星に対する仰角及び方位角の説明図である。
【図5】従来技術に係る衛星信号受信装置のブロック図である。
【図6】他の従来技術に係る衛星信号受信装置のブロック図である。
【図7】マルチパスの説明図である。
【符号の説明】
【0062】
1…アンテナ 2…受信装置
5…操作装置 7…最適規制装置
8…最適演算処理装置 10…衛星信号受信装置
9…最適パラメータ算出装置 21…補正情報配信装置
【特許請求の範囲】
【請求項1】
衛星から送信される衛星信号を受信し、受信した前記衛星信号の情報を出力する受信装置と、
前記衛星信号の情報から、受信した前記衛星信号に対するマルチパスの影響の度合いの情報を算出する最適パラメータ算出装置と、
前記最適パラメータ算出装置によって算出された前記マルチパスの影響の度合いの情報に基づき、前記衛星信号の情報の規制を行う最適規制装置と、
を備えることを特徴とする衛星信号受信装置。
【請求項2】
請求項1記載の衛星信号受信装置において、
さらに、前記最適パラメータ算出装置によって算出された前記マルチパスの影響の度合いの情報と、前記最適規制装置によって規制された前記衛星信号の情報に基づいた衛星仰角情報と衛星方位角情報と衛星信号受信レベル情報によって算出される重み係数行列を用いて測位演算を行い受信位置を求める最適演算処理装置と、
を備えることを特徴とする衛星信号受信装置。
【請求項3】
請求項1又は2記載の衛星信号受信装置において、
前記最適パラメータ算出装置は、
前記最適演算処理装置で使用する情報及び前記最適演算処理装置で使用された過去の情報を基に統計的手法を利用し、衛星方向毎のコード若しくはキャリアに対する前記マルチパスの影響の度合いを算出する
ことを特徴とする衛星信号受信装置。
【請求項4】
請求項3記載の衛星信号受信装置において、
前記最適パラメータ算出装置は、
算出した前記マルチパスの影響の度合いから、利用を規制する衛星の仰角及び方位角マスクを算出する
ことを特徴とする衛星信号受信装置。
【請求項5】
請求項2乃至4のいずれか1項に記載の衛星信号受信装置において、
前記最適演算処理装置は、さらに別の衛星信号受信装置で得た補正情報を利用して前記測位演算を行う
ことを特徴とする衛星信号受信装置。
【請求項1】
衛星から送信される衛星信号を受信し、受信した前記衛星信号の情報を出力する受信装置と、
前記衛星信号の情報から、受信した前記衛星信号に対するマルチパスの影響の度合いの情報を算出する最適パラメータ算出装置と、
前記最適パラメータ算出装置によって算出された前記マルチパスの影響の度合いの情報に基づき、前記衛星信号の情報の規制を行う最適規制装置と、
を備えることを特徴とする衛星信号受信装置。
【請求項2】
請求項1記載の衛星信号受信装置において、
さらに、前記最適パラメータ算出装置によって算出された前記マルチパスの影響の度合いの情報と、前記最適規制装置によって規制された前記衛星信号の情報に基づいた衛星仰角情報と衛星方位角情報と衛星信号受信レベル情報によって算出される重み係数行列を用いて測位演算を行い受信位置を求める最適演算処理装置と、
を備えることを特徴とする衛星信号受信装置。
【請求項3】
請求項1又は2記載の衛星信号受信装置において、
前記最適パラメータ算出装置は、
前記最適演算処理装置で使用する情報及び前記最適演算処理装置で使用された過去の情報を基に統計的手法を利用し、衛星方向毎のコード若しくはキャリアに対する前記マルチパスの影響の度合いを算出する
ことを特徴とする衛星信号受信装置。
【請求項4】
請求項3記載の衛星信号受信装置において、
前記最適パラメータ算出装置は、
算出した前記マルチパスの影響の度合いから、利用を規制する衛星の仰角及び方位角マスクを算出する
ことを特徴とする衛星信号受信装置。
【請求項5】
請求項2乃至4のいずれか1項に記載の衛星信号受信装置において、
前記最適演算処理装置は、さらに別の衛星信号受信装置で得た補正情報を利用して前記測位演算を行う
ことを特徴とする衛星信号受信装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【公開番号】特開2006−17604(P2006−17604A)
【公開日】平成18年1月19日(2006.1.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−196369(P2004−196369)
【出願日】平成16年7月2日(2004.7.2)
【出願人】(000004330)日本無線株式会社 (1,186)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成18年1月19日(2006.1.19)
【国際特許分類】
【出願日】平成16年7月2日(2004.7.2)
【出願人】(000004330)日本無線株式会社 (1,186)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]