衛星航法装置
【課題】人工衛星から送信される複数の周波数の航法信号を受信し、複数の周波数で測定した各疑似距離に基づいて疑似距離真値を得る衛星航法装置において、疑似距離真値に混入する雑音成分を低減する。
【解決手段】ＧＰＳの航法衛星からのＬｌ周波数、Ｌ２周波数の両周波数に関して測定したＬ１、Ｌ２の各擬似距離に基づいて、Ｌ１周波数の電離層遅延そのものを計算し、その計算した電離層遅延のみを平滑化した上で擬似距離真値の計算に用いる。
【解決手段】ＧＰＳの航法衛星からのＬｌ周波数、Ｌ２周波数の両周波数に関して測定したＬ１、Ｌ２の各擬似距離に基づいて、Ｌ１周波数の電離層遅延そのものを計算し、その計算した電離層遅延のみを平滑化した上で擬似距離真値の計算に用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地球を周回する航法衛星（人工衛星）までの距離及び当該航法衛星の軌道に関する情報を利用し、地球上の物体(以下「利用者」と呼ぶ)の位置、速度等を求めるシステムである米国のGlobal Positioning System(ＧＰＳ)や欧州のGalileo、ロシアのGlobalorbiting Navigation Satellite System(ＧＬＯＮＡＳＳ)などに代表されるGlobal Navigation Satellite System(ＧＮＳＳ)を利用して、利用者の位置などを高精度に測位することが可能な衛星航法装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧＮＳＳでは、地球周回軌道上に打ち上げられている多数の航法衛星から、送信タイミングや軌道情報などの情報を、スペクトラム拡散変調された搬送波にて航法信号として送信する。利用者の側では、その航法信号を衛星航法装置にて受信する。衛星航法装置は、航法信号の受信タイミングを検出する一方で、受信した航法信号をスペクトラム逆拡散し、その結果得られた信号から送信タイミングや軌道情報などの情報を取り出す。
【０００３】
衛星航法装置は、取り出した情報に含まれている送信タイミングと検出した受信タイミングとの差、即ち航法衛星から衛星航法装置までの航法信号の伝搬時間を求める。このようにして求めた伝搬時間は航法衛星と衛星航法装置の間の距離を表している。この距離には後述する衛星航法装置に搭載されている時計が有している誤差、即ちクロックオフセットが含まれているため、特に擬似距離と呼び慣わされている。
【０００４】
他方、受信信号から取り出した情報には軌道情報が含まれている。従って、求めた擬似距離と、取り出した軌道情報とを利用することにより、その航法衛星の位置を中心とする利用者存在球面を画定することができる。検出した擬似距離に誤差が含まれないという仮想的な環境下では、利用者存在球面を３種類画定できれば、それら利用者存在球面の交点の演算により、利用者の３次元的位置を一意にかつ誤差なしに求めることができる。
【０００５】
利用者存在球面を３種類画定するには、最低３個の航法衛星から各々航法信号を受信する必要がある。実使用環境下では、ＧＮＳＳのシステム時計に対し衛星航法装置に搭載されている時計(受信機時計)が有している誤差、即ちクロックオフセットを除くため更に１個の航法衛星から航法信号を受信できねばならない。即ち、合計少なくとも４個の航法衛星から各々航法信号を受信し、これらに基づき合計４個の利用者存在球面を画定し、利用者の３次元位置及びクロックオフセットという合計４個の未知数について４元連立方程式を解く測位演算を行う必要がある。なお、利用者の高度が一定と見なせるような用途では、未知数を３個とした測位演算にて利用者の位置を２次元的に求めるようにしてもよい。
【０００６】
さらに、実使用環境下では次のような誤差成分も存在する。まず、航法信号は地球を取り巻く電離層を通過するとき遅延を受ける。次に、航法信号は大気圏を通過するため、伝搬時間を距離に換算する際に真空中の光速を用いると、真空中での光速と大気中での光速との差によって誤差が生じる。
【０００７】
これらの誤差のうち大気圏内伝搬による誤差を抑制するため、ＧＰＳでは、大気圏内伝搬に関する近似モデルを想定し、伝搬時間を全経路真空伝搬時のそれに換算するという手法を用いている。また、電離層遅延による誤差を抑制するため、ＧＰＳでは以下に述べる第１，第２の２種類の手法が知られている。
【０００８】
第１は、単一の周波数だけを利用する利用者が用いる手法である。ＧＰＳでは、民生用の信号と軍用の信号がサービスされているが、従来、民生用信号はＬ１搬送波と呼ばれる１５７５．４２ＭＨｚの周波数だけで送信されていたので、民間の利用者はすべて単一の周波数だけを利用する利用者であった。
【０００９】
このような利用者は、電離層遅延に関する近似モデルを想定し、この近似モデルに従う演算により電離層による遅延量を求め、疑似距離からこの遅延量を減ずる、という演算手法を採用している。ＧＰＳでは更に、近似モデル計算に必要なパラメータを、航法信号の一部として航法衛星から送信している。この近似モデルについては、非特許文献１に示されており、また、遅延量の演算方法については非特許文献２に示されている。
【００１０】
この第１の手法の問題点は、近似モデルを用いた電離層遅延量推定の精度が低いことである。まず、衛星航法から近似モデル計算用に送信されるパラメータの更新周期は一日という長い周期であり、電離層の短周期（≪一日周期）での状態変化に十分追随していない。更に、近似モデル自体の精度も高くない。そのため、受信したバラメータを用いても、電離層遅延量を十分高い精度で求めることはできず、現状では真値±５０%程度の精度を余儀なくされている。
【００１１】
一般に、電離層遅延量の最大値が５０ｎｓ程度であることを考えると、上の近似モデルを用いた計算では２５ｎｓ程度の遅延量検出誤差、即ち２５ｎｓ×３×１０8ｍ／ｓ≒８ｍの擬似距離誤差が生じてしまう。可視衛星数、即ち利用者の現在位置から見通せる位置にある航法衛星の個数が６〜８個という標準的な状況では、ＨＤＯＰ(２次元精度劣化係数；Horizontal Dilution of Precision)の値は１〜２の間であるので、擬似距離の誤差にこのＨＤＯＰを乗じた値、即ち水平方向誤差は、８〜１６ｍという大きな値になる。
【００１２】
なお、ここでいう水平方向誤差とは、利用者位置測位結果の誤差のうち、地球中心を中心としかつその表面に利用者が現在位置する球面に利用者の現在位置にて接する平面、即ち利用者位置での接平面の上での成分である。
【００１３】
第２は、複数の周波数を利用できる利用者が用いる手法である。このような利用者は、以下に述べる電離層フリー線形結合と呼ばれる手法によって電離層遅延を除去することができる。
【００１４】
ＧＰＳ信号の電離層遅延ｄ（ｔ）は次の式１で表される。ここで、電離層遅延ｄ（ｔ）は、遅延時間に光速を乗じて距離の次元に換算した物理量とする。
ｄ（ｔ）＝ｋ（ｔ）／ｆ2 −−− （１）
ここで, ｔ：測定時刻、ｋ（ｔ）：比例定数、ｆ：搬送波周波数、である。
この式１から、電離層遅延ｄ（ｔ）は周波数ｆの自乗に反比例することがわかる。
【００１５】
擬似距離真値ｒ（ｔ）はどんな周波数で測定しても同じ値なので、たとえばＧＰＳのＬ１周波数(１５７５．４２ＭＨｚ)とＬ２周波数(１２２７．６０ＭＨｚ)の２つの周波数で測定した第１，第２擬似距離ｒ１(ｔ),ｒ２(ｔ)は次の式２、式３のように表される。ここで、単純化のために,電離層遅延以外の誤差は完全に補正されていると仮定する。
ｒ１(ｔ)＝ｒ（ｔ）＋ｄ１（ｔ）＝ｒ（ｔ）＋ｋ（ｔ）／（ｆ１）2 −−−（２）
ｒ２(ｔ)＝ｒ（ｔ）＋ｄ２（ｔ）＝ｒ（ｔ）＋ｋ（ｔ）／（ｆ２）2 −−−（３）
ここで、ｒ１(ｔ)：Ｌ１の擬似距離、ｒ２(ｔ)：Ｌ２の擬似距離、ｄ１(ｔ)：Ｌ１の電離層遅延、ｄ２(ｔ)：Ｌ２の電離層遅延、ｆ１：Ｌ１周波数(１５７５．４２ＭＨｚ)、ｆ２：Ｌ２周波数(１２２７．６０ＭＨｚ)、である
【００１６】
比例定数ｋ（ｔ）は電離層の場所や時刻によって変化するが、同一の航法衛星から送信された２つの周波数ｆ１，ｆ２を同時に測定すれば比例定数ｋ（ｔ）は共通なのでキャンセルすることができる。よって、第１，第２擬似距離r１(ｔ)、ｒ２(ｔ）を用いて以下の式４のように電離層遅延の除去された擬似距離真値ｒ(ｔ)を求めることができる。
ｒ（ｔ）＝｛ｒ２(ｔ)−γ・ｒ１(ｔ)｝／（１−γ） −−− （４）
ここで, γ：(ｆ１／ｆ２）2、である。
【００１７】
以上が電離層フリー線形結合の概要である。電離層フリー線形結合に関しては、非特許文献３に示されている。
【００１８】
ＧＰＳでは従来、軍用の信号のみがＬ１周波数とＬ２周波数の２つの周波数で送信されていたので、複数の周波数を利用できる利用者とは軍関係者のことであった。しかし、２００５年９月に打ち上げられたブロックIIＲ−Ｍ衛星以降、今後は民生用の信号がＬ１周波数とＬ２周波数の２つの周波数で送信されるようになるので、民間の利用者でも電離層フリー線形結合を行うことができるようになる。
【非特許文献１】Ｂｒａｄｆｏｒｄ Ｗ．Ｐａｒｋｉｎｓｏｎ，Ｊａｍｅｓ Ｊ． Ｓｐｉｌｋｅｒ Ｊｒ．，Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｖｏｌ．１，Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｉｎｃ．，１９９６，ｐｐ．４８５−５１５
【非特許文献２】Ｓｐａｃｅ ａｎｄ Ｍｉｓｓｉｌｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｅｎｔｅｒ（ＳＭＣ），Ｎａｖｓｔａｒ ＧＰＳ Ｊｏｉｎｔ Ｐｒｏｇｒａｍ Ｏｆｆｉｃｅ（ＳＭＣ／ＧＰ），Ｎａｖｓｔａｒ Ｇ１ｏｂａ１ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ＩＳ−ＧＰＳ−２００Ｄ， ＡＲＩＮＣ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，ＬＬＣ，７ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００４，ｐｐ．１２２−１２５
【非特許文献３】Ｐｒａｔａｐ Ｍｉｓｒａ，Ｐｅｒ Ｅｎｇｅ，Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｉｇｎａｌｓ，Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ，ａｎｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，Ｇａｎｇａ−Ｊａｍｕｎａ Ｐｒｅｓｓ，２００１，ｐｐ．１４１−１４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
この第２の手法の問題点は、電離層フリー線形結合で得られる擬似距離真値ｒ（ｔ）に含まれる雑音成分が、もともとＬ１周波数およびＬ２周波数の擬似距離ｒ１（ｔ）、ｒ２（ｔ）に含まれていた雑音成分の約３倍に増大してしまうことである。その理由は次の通りである。
【００２０】
電離層フリー線形結合で得られる擬似距離真値ｒ(ｔ)は、前述の式４で表される。Ｌ１の周波数(１５７５．４２ＭＨｚ)とＬ２の周波数(１２２７．６０ＭＨｚ)より、γ＝(ｆ１／ｆ２)2 ＝(１５７５．４２／１２２７．６０)2 ≒ １．６４７、となる。
【００２１】
したがって、擬似距離真値ｒ（ｔ）は、次の式５、となる。
ｒ（ｔ）＝｛ｒ２(ｔ)−γ・ｒ１(ｔ)｝／（１−γ）
＝２．５４６ｒ１（ｔ）−１．５４６ｒ２（ｔ） −−−（５）
【００２２】
Ｌ１の疑似距離ｒ１（ｔ）およびＬ２の疑似距離ｒ２（ｔ）に含まれる雑音を白色雑音と仮定し、その標準偏差をいずれも１とすると、擬似距離真値ｒ(ｔ)に含まれる雑音は、｛（２．５４６）2＋（１．５４６）2｝1/2≒３、となる。この擬似距離真値ｒ(ｔ)に含まれる雑音は、もともとＬ１周波数およびＬ２周波数の擬似距離ｒ１（ｔ）、ｒ２（ｔ）に含まれていた雑音成分の約３倍となる。
【００２３】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、人工衛星から送信される複数の周波数の航法信号を受信し、複数の周波数で測定した各疑似距離に基づいて疑似距離真値を得る衛星航法装置において、疑似距離真値に混入する雑音成分を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
請求項１に記載の衛星航法装置は、人工衛星から送信される周波数の異なる複数の搬送波による航法信号を受信する衛星航法装置であって、
前記人工衛星からの第１の周波数の搬送波に重畳された第１変調コードの位相を測定して第１コード擬似距離を計算する第１コード擬似距離計算手段と、
前記人工衛星からの第２の周波数の搬送波に重畳された第２変調コードの位相を測定して第２コード擬似距離を計算する第２コード擬似距離計算手段と、
前記第１コード擬似距離と前記第２コード擬似距離とから第１の周波数における電離層遅延を計算する第１電離層遅延計算手段と、
前記第１の周波数における電離層遅延を平滑化して平滑化第１電離層遅延を計算する電離層遅延平滑化手段と、
前記第１コード擬似距離を平滑化第１電離層遅延で補正し、電離層遅延を除去したコード擬似距離真値を計算するコード擬似距離補正手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２５】
また、請求項２の衛星航法装置は、請求項１に記載の衛星航法装置において、
前記第１電離層遅延計算手段は、第１の周波数における電離層遅延を次の式６により計算し、
ｄ１（ｔ）＝｛ｒ２（ｔ）−ｒ１（ｔ）｝／（γ−１） −−− （６）
但し、ｄ１（ｔ）：第１の周波数における電離層遅延、ｒ１（ｔ）：第１コード擬似距離、ｒ２（ｔ）：第２コード擬似距離、γ：（第１の周波数／第２の周波数）2
前記コード擬似距離補正手段は、コード擬似距離真値を次の式７により計算する
ｒ（ｔ）＝ｒ１（ｔ）−ｓｄ１（ｔ） −−− （７）
但し、ｒ（ｔ）：コード擬似距離真値、ｓｄ１（ｔ）：平滑化第１電離層遅延
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の衛星航法装置によれば、Ｌｌ周波数とＬ２周波数の両周波数に関して測定した各擬似距離に基づいて、L１周波数もしくはＬ２周波数の電離層遅延そのものを計算し、その計算した電離層遅延のみを平滑化した上で擬似距離真値の計算に用いる。この平滑化によって電離層遅延の項の雑音が低減されているので、擬似距離真値に混入する雑音成分はもともとL１周波数（もしくはＬ２周波数）の擬似距離に含まれていた雑音成分よりもわずかしか増加しない。さらに、電離層遅延とともに擬似距離真値の計算に用いる第１コード擬似距離（もしくは第２コード擬似距離）は平滑化しないことにより、利用者が移動体の場合でも移動に伴って疑似距離変化に遅れを生じない。
【００２７】
また、以上の説明ではＧＰＳのＬ１周波数とＬ２周波数を用いているが、本発明に用いる２つの周波数はＧＰＳのＬ１周波数とＬ２周波数に限られないので、将来打ち上げられる衛星から放送が計画されているＬ５周波数(１１７６．４５ＭＨｚ)を利用して、Ｌ１周波数とＬ５周波数あるいはＬ２周波数とＬ５周波数の組合せでも同様の効果を得ることができる。
【００２８】
さらに、欧州で計画中の衛星航法システムであるＧＡＬＩＬＥＯから放送が計画されているＥ１、Ｅ５、Ｅ６周波数、我が国で計画中の準天頂衛星システムから放送が計画されているＬ１、Ｌ２、Ｌ５周波数、ロシアが運用中の衛星航法システムであるＧＬＯＮＡＳＳから放送されているＬ１、Ｌ２周波数に適用しても同様の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を実施するための実施形態について、ＧＰＳを例として説明する。本発明の衛星航法装置は、Ｌ１周波数とＬ２周波数の２つの周波数にてそれぞれの擬似距離ｒ１(ｔ)、ｒ２(ｔ)を測定する手段と、それらの疑似距離ｒ１(ｔ)，ｒ２(ｔ)を用いてL１周波数における電離層遅延ｄ１(ｔ)を「ｄ１（ｔ）＝｛ｒ２（ｔ）−ｒ１（ｔ）｝／（γ−１）」（但し、γは、「Ｌ１の周波数／Ｌ２の周波数」の自乗）を計算する手段と、電離層遅延ｄ１(ｔ)を平滑化し、雑音成分を低減した電離層遅延ｓｄ１(ｔ)を求める手段と、Ｌ１周波数の擬似距離ｒ１(ｔ)と雑音成分を低減した電離層遅延ｓｄ１(ｔ)を用いて「ｒ（ｔ）＝ｒ１（ｔ）−ｓｄ１（ｔ）」によって擬似距離真値ｒ(ｔ)を計算する手段とを備えている。
【００３０】
この本発明の衛星航法装置を、図１の衛星航法装置の構成図を用いて説明する。
【００３１】
まず、受信アンテナ１で複数の航法衛星からのＧＰＳ信号を受信する。Ｌ１周波数受信部２は１５７５．４２ＭＨｚであるＧＰＳのＬ１周波数の信号を数ＭＨｚの中間周波数に変換するダウンコンバータである。
【００３２】
次に、送信時刻測定部３で受信信号のＰＮコードを逆拡散し、最大相関を得られるＰＮコード位相を追尾する。この追尾には通常デイレイ・ロックド・ループが用いられる。ＧＰＳ信号はＧＰＳシステム時刻に同期したＰＮコードで変調されて送信されているので、受信機で測定したＰＮコード位相はその信号が衛星から送信された時刻を表していることになる。
【００３３】
したがって、受信機時計４の受信時刻ｔにおいて測定したコード位相すなわち送信時刻と受信時刻ｔの差が衛星から受信機までの伝搬時間となる。擬似距離計算部５でこの伝搬時間を計算し、光速を乗じて伝搬距離を求める。この伝搬距離には受信機時計４が有している誤差、即ちクロックオフセットが含まれているため、特に擬似距離と呼び慣わされている。こうして、Ｌ１周波数信号の擬似距離ｒ１(ｔ)を求める。
【００３４】
一方、受信アンテナ１で受信したＧＰＳ信号はＬ２周波数受信部６にも入力される。Ｌ２周波数受信部６は、１２２７．６０ＭＨｚであるＧＰＳのＬ２周波数の信号を数ＭＨｚの中間周波に変換するダウンコンバータである。
【００３５】
次に、送信時刻測定部７で受信信号のＰＮコードを逆拡散し、最大相関を得られるＰＮコード位相を追尾する。ＧＰＳ信号はＧＰＳシステム時刻に同期したＰＮコードで変調されて送信されているので,受信機で測定したＰＮコード位相はその信号が衛星から送信された時刻を表していることになる。
【００３６】
したがって、受信機時計４の受信時刻ｔにおいて測定したコード位相すなわち送信時刻と受信時刻ｔの差が衛星から受信機までの伝搬時間となる。擬似距離計算部８でこの伝搬時間を計算し、光速を乗じて伝搬距離を求める。こうして、Ｌ２周波数信号の擬似距離ｒ２(ｔ)を求める。
【００３７】
次に、第１電離層遅延計算手段であるＬ１電離層遅延計算部９で、擬似距離ｒ１(ｔ)、ｒ２(ｔ)を用いて以下のように、比例定数ｋ（ｔ）、Ｌ１周波数における電離層遅延ｄ１(ｔ)を求める。
【００３８】
比例定数ｋ（ｔ）は、擬似距離ｒ１(ｔ)、ｒ２(ｔ)に関する式２、式３に基づいて、次の式８により求める。
ｋ（ｔ）＝（ｆ１）2・（ｆ２）2｛ｒ２（ｔ）−ｒ１（ｔ）｝／｛（ｆ１）2−（ｆ２）2 ｝ −−−（８）
【００３９】
この比例定数ｋ（ｔ）を擬似距離ｒ１(ｔ)の式２に代入して、Ｌ１周波数における電離層遅延ｄ１（ｔ）を、次の式９により求める。
ｄ１（ｔ）＝｛ｒ２（ｔ）−ｒ１（ｔ）｝／（γ−１） −−−（９）
ここで、γ：（ｆ１／ｆ２）2、である。
【００４０】
次に、電離層遅延平滑化手段である平滑化部１０で、Ｌ１周波数における電離層遅延ｄ１(ｔ)を平滑化して、平滑化Ｌ１電離層遅延ｓｄ１（ｔ）を求める。平滑化部１０における平滑化の方法は、たとえば式８，式９等の各パラメータを離散的に測定する場合は次の式１０で実現できる。
ｓｄ１（ｋ）＝｛１−１／（１＋Ｔ）｝ｓｄ１（ｋ−１）＋｛１／（１＋Ｔ）｝ｄ１（ｋ）
−−−（１０）
ここで、ｄ１(ｋ)：ｋ番目の電離層遅延、ｓｄ１（ｋ）：ｋ番目の平滑化された電離層遅延、Ｔ：平滑化時定数、である。
【００４１】
次に、コード疑似距離補正手段である擬似距離真値計算部１１で、次の式１１のように、雑音による誤差の抑えられた擬似距離真値ｒ(ｔ)を得る。
ｒ（ｔ）＝ｒ１（ｔ）−ｓｄ１（ｔ） −−−（１１）
【００４２】
このように、擬似距離真値ｒ(ｔ)を得るために、Ｌ１周波数信号の擬似距離ｒ１(ｔ)は平滑化せずにそのまま用い、Ｌ１周波数における電離層遅延ｄ１(ｔ)のみを平滑化して用いている。
【００４３】
これは、利用者が移動体の場合、移動するにつれて各衛星までの疑似距離ｒ１（ｔ）が変化する。疑似距離ｒ１（ｔ）を平滑化すると移動に伴う疑似距離変化に遅れが生じ、この遅れた疑似距離を使って測位計算すると、利用者の測位位置にも遅れが生じてしまう。一方、利用者の移動による疑似距離ｒ１（ｔ）の変化に比べて、電離層遅延ｄ１（ｔ）は非常にゆっくりと変化するので、平滑化による遅れはほとんど問題にならない。例え、利用者が激しく移動している場合でも、激しく変化するのは疑似距離ｒ１（ｔ）であって、電離層遅延ｄ１（ｔ）は非常にゆっくりと変化するので電離層遅延ｄ１（ｔ）を平滑化しても利用者の移動による疑似距離ｒ１（ｔ）は正しく観測できる。
【００４４】
なお、非常にゆっくりとした移動を観測する用途、例えば地殻変動のモニタリングポストなど、ならば、電離層遅延ｄ１（ｔ）とともに疑似距離ｒ１（ｔ）をも平滑化しても良く、この場合には更に雑音成分を低減することができる。
【００４５】
以上の送信時刻測定部３乃至疑似距離真値計算部１１における処理を、複数の信号処理チャネルにて複数の衛星信号に対して行い、得られた複数チャネルの擬似距離真値ｒ(ｔ)を用いて測位計算部１２にて利用者の位置を求める。
【００４６】
以上説明した実施形態では、Ｌ１周波数における疑似距離ｒ１（ｔ）と電離層遅延ｄ１（ｔ）を用いて擬似距離真値ｒ(ｔ)を求めているが、これに代えて、Ｌ２周波数における疑似距離ｒ２（ｔ）と電離層遅延ｄ２（ｔ）を用いて擬似距離真値ｒ(ｔ)を求めるようにしてもよい。
【００４７】
また、ＧＰＳのＬ１周波数とＬ２周波数を用いているが、本発明に用いる２つの周波数はＧＰＳのＬ１周波数とＬ２周波数に限らないので、将来打ち上げられる衛星から放送が計画されているＬ５周波数(１１７６．４５ＭＨｚ)を利用して、Ｌ１周波数とＬ５周波数あるいはＬ２周波数とＬ５周波数の組合せでも、本発明の意図する効果を得ることができる。
【００４８】
さらに、欧州で計画中の衛星航法システムであるＧＡＬＩＬＥＯシステムから放送が計画されているＥ１、Ｅ５、Ｅ６周波数、我が国で計画中の準天頂衛星システムから放送が計画されているＬ１、Ｌ２、Ｌ５周波数、ロシアが運用中の衛星航法システムであるＧＬＯＮＡＳＳから放送されているＬ１、Ｌ２周波数に適用しても、本発明の意図する効果が得られることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例の係る衛星航法装置の全体構成図
【符号の説明】
【００５０】
１ アンテナ
２ Ｌ１周波数受信部
３ 送信時刻測定部
４ 受信機時計
５ 擬似距離計算部
６ Ｌ２周波数受信部
７ 送信時刻測定部
８ 擬似距離計算部
９ Ｌ１電離層遅延計算部
１０ 平滑化部
１１ 擬似距離真値計算部
１２ 測位計算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地球を周回する航法衛星（人工衛星）までの距離及び当該航法衛星の軌道に関する情報を利用し、地球上の物体(以下「利用者」と呼ぶ)の位置、速度等を求めるシステムである米国のGlobal Positioning System(ＧＰＳ)や欧州のGalileo、ロシアのGlobalorbiting Navigation Satellite System(ＧＬＯＮＡＳＳ)などに代表されるGlobal Navigation Satellite System(ＧＮＳＳ)を利用して、利用者の位置などを高精度に測位することが可能な衛星航法装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧＮＳＳでは、地球周回軌道上に打ち上げられている多数の航法衛星から、送信タイミングや軌道情報などの情報を、スペクトラム拡散変調された搬送波にて航法信号として送信する。利用者の側では、その航法信号を衛星航法装置にて受信する。衛星航法装置は、航法信号の受信タイミングを検出する一方で、受信した航法信号をスペクトラム逆拡散し、その結果得られた信号から送信タイミングや軌道情報などの情報を取り出す。
【０００３】
衛星航法装置は、取り出した情報に含まれている送信タイミングと検出した受信タイミングとの差、即ち航法衛星から衛星航法装置までの航法信号の伝搬時間を求める。このようにして求めた伝搬時間は航法衛星と衛星航法装置の間の距離を表している。この距離には後述する衛星航法装置に搭載されている時計が有している誤差、即ちクロックオフセットが含まれているため、特に擬似距離と呼び慣わされている。
【０００４】
他方、受信信号から取り出した情報には軌道情報が含まれている。従って、求めた擬似距離と、取り出した軌道情報とを利用することにより、その航法衛星の位置を中心とする利用者存在球面を画定することができる。検出した擬似距離に誤差が含まれないという仮想的な環境下では、利用者存在球面を３種類画定できれば、それら利用者存在球面の交点の演算により、利用者の３次元的位置を一意にかつ誤差なしに求めることができる。
【０００５】
利用者存在球面を３種類画定するには、最低３個の航法衛星から各々航法信号を受信する必要がある。実使用環境下では、ＧＮＳＳのシステム時計に対し衛星航法装置に搭載されている時計(受信機時計)が有している誤差、即ちクロックオフセットを除くため更に１個の航法衛星から航法信号を受信できねばならない。即ち、合計少なくとも４個の航法衛星から各々航法信号を受信し、これらに基づき合計４個の利用者存在球面を画定し、利用者の３次元位置及びクロックオフセットという合計４個の未知数について４元連立方程式を解く測位演算を行う必要がある。なお、利用者の高度が一定と見なせるような用途では、未知数を３個とした測位演算にて利用者の位置を２次元的に求めるようにしてもよい。
【０００６】
さらに、実使用環境下では次のような誤差成分も存在する。まず、航法信号は地球を取り巻く電離層を通過するとき遅延を受ける。次に、航法信号は大気圏を通過するため、伝搬時間を距離に換算する際に真空中の光速を用いると、真空中での光速と大気中での光速との差によって誤差が生じる。
【０００７】
これらの誤差のうち大気圏内伝搬による誤差を抑制するため、ＧＰＳでは、大気圏内伝搬に関する近似モデルを想定し、伝搬時間を全経路真空伝搬時のそれに換算するという手法を用いている。また、電離層遅延による誤差を抑制するため、ＧＰＳでは以下に述べる第１，第２の２種類の手法が知られている。
【０００８】
第１は、単一の周波数だけを利用する利用者が用いる手法である。ＧＰＳでは、民生用の信号と軍用の信号がサービスされているが、従来、民生用信号はＬ１搬送波と呼ばれる１５７５．４２ＭＨｚの周波数だけで送信されていたので、民間の利用者はすべて単一の周波数だけを利用する利用者であった。
【０００９】
このような利用者は、電離層遅延に関する近似モデルを想定し、この近似モデルに従う演算により電離層による遅延量を求め、疑似距離からこの遅延量を減ずる、という演算手法を採用している。ＧＰＳでは更に、近似モデル計算に必要なパラメータを、航法信号の一部として航法衛星から送信している。この近似モデルについては、非特許文献１に示されており、また、遅延量の演算方法については非特許文献２に示されている。
【００１０】
この第１の手法の問題点は、近似モデルを用いた電離層遅延量推定の精度が低いことである。まず、衛星航法から近似モデル計算用に送信されるパラメータの更新周期は一日という長い周期であり、電離層の短周期（≪一日周期）での状態変化に十分追随していない。更に、近似モデル自体の精度も高くない。そのため、受信したバラメータを用いても、電離層遅延量を十分高い精度で求めることはできず、現状では真値±５０%程度の精度を余儀なくされている。
【００１１】
一般に、電離層遅延量の最大値が５０ｎｓ程度であることを考えると、上の近似モデルを用いた計算では２５ｎｓ程度の遅延量検出誤差、即ち２５ｎｓ×３×１０8ｍ／ｓ≒８ｍの擬似距離誤差が生じてしまう。可視衛星数、即ち利用者の現在位置から見通せる位置にある航法衛星の個数が６〜８個という標準的な状況では、ＨＤＯＰ(２次元精度劣化係数；Horizontal Dilution of Precision)の値は１〜２の間であるので、擬似距離の誤差にこのＨＤＯＰを乗じた値、即ち水平方向誤差は、８〜１６ｍという大きな値になる。
【００１２】
なお、ここでいう水平方向誤差とは、利用者位置測位結果の誤差のうち、地球中心を中心としかつその表面に利用者が現在位置する球面に利用者の現在位置にて接する平面、即ち利用者位置での接平面の上での成分である。
【００１３】
第２は、複数の周波数を利用できる利用者が用いる手法である。このような利用者は、以下に述べる電離層フリー線形結合と呼ばれる手法によって電離層遅延を除去することができる。
【００１４】
ＧＰＳ信号の電離層遅延ｄ（ｔ）は次の式１で表される。ここで、電離層遅延ｄ（ｔ）は、遅延時間に光速を乗じて距離の次元に換算した物理量とする。
ｄ（ｔ）＝ｋ（ｔ）／ｆ2 −−− （１）
ここで, ｔ：測定時刻、ｋ（ｔ）：比例定数、ｆ：搬送波周波数、である。
この式１から、電離層遅延ｄ（ｔ）は周波数ｆの自乗に反比例することがわかる。
【００１５】
擬似距離真値ｒ（ｔ）はどんな周波数で測定しても同じ値なので、たとえばＧＰＳのＬ１周波数(１５７５．４２ＭＨｚ)とＬ２周波数(１２２７．６０ＭＨｚ)の２つの周波数で測定した第１，第２擬似距離ｒ１(ｔ),ｒ２(ｔ)は次の式２、式３のように表される。ここで、単純化のために,電離層遅延以外の誤差は完全に補正されていると仮定する。
ｒ１(ｔ)＝ｒ（ｔ）＋ｄ１（ｔ）＝ｒ（ｔ）＋ｋ（ｔ）／（ｆ１）2 −−−（２）
ｒ２(ｔ)＝ｒ（ｔ）＋ｄ２（ｔ）＝ｒ（ｔ）＋ｋ（ｔ）／（ｆ２）2 −−−（３）
ここで、ｒ１(ｔ)：Ｌ１の擬似距離、ｒ２(ｔ)：Ｌ２の擬似距離、ｄ１(ｔ)：Ｌ１の電離層遅延、ｄ２(ｔ)：Ｌ２の電離層遅延、ｆ１：Ｌ１周波数(１５７５．４２ＭＨｚ)、ｆ２：Ｌ２周波数(１２２７．６０ＭＨｚ)、である
【００１６】
比例定数ｋ（ｔ）は電離層の場所や時刻によって変化するが、同一の航法衛星から送信された２つの周波数ｆ１，ｆ２を同時に測定すれば比例定数ｋ（ｔ）は共通なのでキャンセルすることができる。よって、第１，第２擬似距離r１(ｔ)、ｒ２(ｔ）を用いて以下の式４のように電離層遅延の除去された擬似距離真値ｒ(ｔ)を求めることができる。
ｒ（ｔ）＝｛ｒ２(ｔ)−γ・ｒ１(ｔ)｝／（１−γ） −−− （４）
ここで, γ：(ｆ１／ｆ２）2、である。
【００１７】
以上が電離層フリー線形結合の概要である。電離層フリー線形結合に関しては、非特許文献３に示されている。
【００１８】
ＧＰＳでは従来、軍用の信号のみがＬ１周波数とＬ２周波数の２つの周波数で送信されていたので、複数の周波数を利用できる利用者とは軍関係者のことであった。しかし、２００５年９月に打ち上げられたブロックIIＲ−Ｍ衛星以降、今後は民生用の信号がＬ１周波数とＬ２周波数の２つの周波数で送信されるようになるので、民間の利用者でも電離層フリー線形結合を行うことができるようになる。
【非特許文献１】Ｂｒａｄｆｏｒｄ Ｗ．Ｐａｒｋｉｎｓｏｎ，Ｊａｍｅｓ Ｊ． Ｓｐｉｌｋｅｒ Ｊｒ．，Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｖｏｌ．１，Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｉｎｃ．，１９９６，ｐｐ．４８５−５１５
【非特許文献２】Ｓｐａｃｅ ａｎｄ Ｍｉｓｓｉｌｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｅｎｔｅｒ（ＳＭＣ），Ｎａｖｓｔａｒ ＧＰＳ Ｊｏｉｎｔ Ｐｒｏｇｒａｍ Ｏｆｆｉｃｅ（ＳＭＣ／ＧＰ），Ｎａｖｓｔａｒ Ｇ１ｏｂａ１ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ＩＳ−ＧＰＳ−２００Ｄ， ＡＲＩＮＣ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，ＬＬＣ，７ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００４，ｐｐ．１２２−１２５
【非特許文献３】Ｐｒａｔａｐ Ｍｉｓｒａ，Ｐｅｒ Ｅｎｇｅ，Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｉｇｎａｌｓ，Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ，ａｎｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，Ｇａｎｇａ−Ｊａｍｕｎａ Ｐｒｅｓｓ，２００１，ｐｐ．１４１−１４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
この第２の手法の問題点は、電離層フリー線形結合で得られる擬似距離真値ｒ（ｔ）に含まれる雑音成分が、もともとＬ１周波数およびＬ２周波数の擬似距離ｒ１（ｔ）、ｒ２（ｔ）に含まれていた雑音成分の約３倍に増大してしまうことである。その理由は次の通りである。
【００２０】
電離層フリー線形結合で得られる擬似距離真値ｒ(ｔ)は、前述の式４で表される。Ｌ１の周波数(１５７５．４２ＭＨｚ)とＬ２の周波数(１２２７．６０ＭＨｚ)より、γ＝(ｆ１／ｆ２)2 ＝(１５７５．４２／１２２７．６０)2 ≒ １．６４７、となる。
【００２１】
したがって、擬似距離真値ｒ（ｔ）は、次の式５、となる。
ｒ（ｔ）＝｛ｒ２(ｔ)−γ・ｒ１(ｔ)｝／（１−γ）
＝２．５４６ｒ１（ｔ）−１．５４６ｒ２（ｔ） −−−（５）
【００２２】
Ｌ１の疑似距離ｒ１（ｔ）およびＬ２の疑似距離ｒ２（ｔ）に含まれる雑音を白色雑音と仮定し、その標準偏差をいずれも１とすると、擬似距離真値ｒ(ｔ)に含まれる雑音は、｛（２．５４６）2＋（１．５４６）2｝1/2≒３、となる。この擬似距離真値ｒ(ｔ)に含まれる雑音は、もともとＬ１周波数およびＬ２周波数の擬似距離ｒ１（ｔ）、ｒ２（ｔ）に含まれていた雑音成分の約３倍となる。
【００２３】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、人工衛星から送信される複数の周波数の航法信号を受信し、複数の周波数で測定した各疑似距離に基づいて疑似距離真値を得る衛星航法装置において、疑似距離真値に混入する雑音成分を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
請求項１に記載の衛星航法装置は、人工衛星から送信される周波数の異なる複数の搬送波による航法信号を受信する衛星航法装置であって、
前記人工衛星からの第１の周波数の搬送波に重畳された第１変調コードの位相を測定して第１コード擬似距離を計算する第１コード擬似距離計算手段と、
前記人工衛星からの第２の周波数の搬送波に重畳された第２変調コードの位相を測定して第２コード擬似距離を計算する第２コード擬似距離計算手段と、
前記第１コード擬似距離と前記第２コード擬似距離とから第１の周波数における電離層遅延を計算する第１電離層遅延計算手段と、
前記第１の周波数における電離層遅延を平滑化して平滑化第１電離層遅延を計算する電離層遅延平滑化手段と、
前記第１コード擬似距離を平滑化第１電離層遅延で補正し、電離層遅延を除去したコード擬似距離真値を計算するコード擬似距離補正手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２５】
また、請求項２の衛星航法装置は、請求項１に記載の衛星航法装置において、
前記第１電離層遅延計算手段は、第１の周波数における電離層遅延を次の式６により計算し、
ｄ１（ｔ）＝｛ｒ２（ｔ）−ｒ１（ｔ）｝／（γ−１） −−− （６）
但し、ｄ１（ｔ）：第１の周波数における電離層遅延、ｒ１（ｔ）：第１コード擬似距離、ｒ２（ｔ）：第２コード擬似距離、γ：（第１の周波数／第２の周波数）2
前記コード擬似距離補正手段は、コード擬似距離真値を次の式７により計算する
ｒ（ｔ）＝ｒ１（ｔ）−ｓｄ１（ｔ） −−− （７）
但し、ｒ（ｔ）：コード擬似距離真値、ｓｄ１（ｔ）：平滑化第１電離層遅延
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の衛星航法装置によれば、Ｌｌ周波数とＬ２周波数の両周波数に関して測定した各擬似距離に基づいて、L１周波数もしくはＬ２周波数の電離層遅延そのものを計算し、その計算した電離層遅延のみを平滑化した上で擬似距離真値の計算に用いる。この平滑化によって電離層遅延の項の雑音が低減されているので、擬似距離真値に混入する雑音成分はもともとL１周波数（もしくはＬ２周波数）の擬似距離に含まれていた雑音成分よりもわずかしか増加しない。さらに、電離層遅延とともに擬似距離真値の計算に用いる第１コード擬似距離（もしくは第２コード擬似距離）は平滑化しないことにより、利用者が移動体の場合でも移動に伴って疑似距離変化に遅れを生じない。
【００２７】
また、以上の説明ではＧＰＳのＬ１周波数とＬ２周波数を用いているが、本発明に用いる２つの周波数はＧＰＳのＬ１周波数とＬ２周波数に限られないので、将来打ち上げられる衛星から放送が計画されているＬ５周波数(１１７６．４５ＭＨｚ)を利用して、Ｌ１周波数とＬ５周波数あるいはＬ２周波数とＬ５周波数の組合せでも同様の効果を得ることができる。
【００２８】
さらに、欧州で計画中の衛星航法システムであるＧＡＬＩＬＥＯから放送が計画されているＥ１、Ｅ５、Ｅ６周波数、我が国で計画中の準天頂衛星システムから放送が計画されているＬ１、Ｌ２、Ｌ５周波数、ロシアが運用中の衛星航法システムであるＧＬＯＮＡＳＳから放送されているＬ１、Ｌ２周波数に適用しても同様の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を実施するための実施形態について、ＧＰＳを例として説明する。本発明の衛星航法装置は、Ｌ１周波数とＬ２周波数の２つの周波数にてそれぞれの擬似距離ｒ１(ｔ)、ｒ２(ｔ)を測定する手段と、それらの疑似距離ｒ１(ｔ)，ｒ２(ｔ)を用いてL１周波数における電離層遅延ｄ１(ｔ)を「ｄ１（ｔ）＝｛ｒ２（ｔ）−ｒ１（ｔ）｝／（γ−１）」（但し、γは、「Ｌ１の周波数／Ｌ２の周波数」の自乗）を計算する手段と、電離層遅延ｄ１(ｔ)を平滑化し、雑音成分を低減した電離層遅延ｓｄ１(ｔ)を求める手段と、Ｌ１周波数の擬似距離ｒ１(ｔ)と雑音成分を低減した電離層遅延ｓｄ１(ｔ)を用いて「ｒ（ｔ）＝ｒ１（ｔ）−ｓｄ１（ｔ）」によって擬似距離真値ｒ(ｔ)を計算する手段とを備えている。
【００３０】
この本発明の衛星航法装置を、図１の衛星航法装置の構成図を用いて説明する。
【００３１】
まず、受信アンテナ１で複数の航法衛星からのＧＰＳ信号を受信する。Ｌ１周波数受信部２は１５７５．４２ＭＨｚであるＧＰＳのＬ１周波数の信号を数ＭＨｚの中間周波数に変換するダウンコンバータである。
【００３２】
次に、送信時刻測定部３で受信信号のＰＮコードを逆拡散し、最大相関を得られるＰＮコード位相を追尾する。この追尾には通常デイレイ・ロックド・ループが用いられる。ＧＰＳ信号はＧＰＳシステム時刻に同期したＰＮコードで変調されて送信されているので、受信機で測定したＰＮコード位相はその信号が衛星から送信された時刻を表していることになる。
【００３３】
したがって、受信機時計４の受信時刻ｔにおいて測定したコード位相すなわち送信時刻と受信時刻ｔの差が衛星から受信機までの伝搬時間となる。擬似距離計算部５でこの伝搬時間を計算し、光速を乗じて伝搬距離を求める。この伝搬距離には受信機時計４が有している誤差、即ちクロックオフセットが含まれているため、特に擬似距離と呼び慣わされている。こうして、Ｌ１周波数信号の擬似距離ｒ１(ｔ)を求める。
【００３４】
一方、受信アンテナ１で受信したＧＰＳ信号はＬ２周波数受信部６にも入力される。Ｌ２周波数受信部６は、１２２７．６０ＭＨｚであるＧＰＳのＬ２周波数の信号を数ＭＨｚの中間周波に変換するダウンコンバータである。
【００３５】
次に、送信時刻測定部７で受信信号のＰＮコードを逆拡散し、最大相関を得られるＰＮコード位相を追尾する。ＧＰＳ信号はＧＰＳシステム時刻に同期したＰＮコードで変調されて送信されているので,受信機で測定したＰＮコード位相はその信号が衛星から送信された時刻を表していることになる。
【００３６】
したがって、受信機時計４の受信時刻ｔにおいて測定したコード位相すなわち送信時刻と受信時刻ｔの差が衛星から受信機までの伝搬時間となる。擬似距離計算部８でこの伝搬時間を計算し、光速を乗じて伝搬距離を求める。こうして、Ｌ２周波数信号の擬似距離ｒ２(ｔ)を求める。
【００３７】
次に、第１電離層遅延計算手段であるＬ１電離層遅延計算部９で、擬似距離ｒ１(ｔ)、ｒ２(ｔ)を用いて以下のように、比例定数ｋ（ｔ）、Ｌ１周波数における電離層遅延ｄ１(ｔ)を求める。
【００３８】
比例定数ｋ（ｔ）は、擬似距離ｒ１(ｔ)、ｒ２(ｔ)に関する式２、式３に基づいて、次の式８により求める。
ｋ（ｔ）＝（ｆ１）2・（ｆ２）2｛ｒ２（ｔ）−ｒ１（ｔ）｝／｛（ｆ１）2−（ｆ２）2 ｝ −−−（８）
【００３９】
この比例定数ｋ（ｔ）を擬似距離ｒ１(ｔ)の式２に代入して、Ｌ１周波数における電離層遅延ｄ１（ｔ）を、次の式９により求める。
ｄ１（ｔ）＝｛ｒ２（ｔ）−ｒ１（ｔ）｝／（γ−１） −−−（９）
ここで、γ：（ｆ１／ｆ２）2、である。
【００４０】
次に、電離層遅延平滑化手段である平滑化部１０で、Ｌ１周波数における電離層遅延ｄ１(ｔ)を平滑化して、平滑化Ｌ１電離層遅延ｓｄ１（ｔ）を求める。平滑化部１０における平滑化の方法は、たとえば式８，式９等の各パラメータを離散的に測定する場合は次の式１０で実現できる。
ｓｄ１（ｋ）＝｛１−１／（１＋Ｔ）｝ｓｄ１（ｋ−１）＋｛１／（１＋Ｔ）｝ｄ１（ｋ）
−−−（１０）
ここで、ｄ１(ｋ)：ｋ番目の電離層遅延、ｓｄ１（ｋ）：ｋ番目の平滑化された電離層遅延、Ｔ：平滑化時定数、である。
【００４１】
次に、コード疑似距離補正手段である擬似距離真値計算部１１で、次の式１１のように、雑音による誤差の抑えられた擬似距離真値ｒ(ｔ)を得る。
ｒ（ｔ）＝ｒ１（ｔ）−ｓｄ１（ｔ） −−−（１１）
【００４２】
このように、擬似距離真値ｒ(ｔ)を得るために、Ｌ１周波数信号の擬似距離ｒ１(ｔ)は平滑化せずにそのまま用い、Ｌ１周波数における電離層遅延ｄ１(ｔ)のみを平滑化して用いている。
【００４３】
これは、利用者が移動体の場合、移動するにつれて各衛星までの疑似距離ｒ１（ｔ）が変化する。疑似距離ｒ１（ｔ）を平滑化すると移動に伴う疑似距離変化に遅れが生じ、この遅れた疑似距離を使って測位計算すると、利用者の測位位置にも遅れが生じてしまう。一方、利用者の移動による疑似距離ｒ１（ｔ）の変化に比べて、電離層遅延ｄ１（ｔ）は非常にゆっくりと変化するので、平滑化による遅れはほとんど問題にならない。例え、利用者が激しく移動している場合でも、激しく変化するのは疑似距離ｒ１（ｔ）であって、電離層遅延ｄ１（ｔ）は非常にゆっくりと変化するので電離層遅延ｄ１（ｔ）を平滑化しても利用者の移動による疑似距離ｒ１（ｔ）は正しく観測できる。
【００４４】
なお、非常にゆっくりとした移動を観測する用途、例えば地殻変動のモニタリングポストなど、ならば、電離層遅延ｄ１（ｔ）とともに疑似距離ｒ１（ｔ）をも平滑化しても良く、この場合には更に雑音成分を低減することができる。
【００４５】
以上の送信時刻測定部３乃至疑似距離真値計算部１１における処理を、複数の信号処理チャネルにて複数の衛星信号に対して行い、得られた複数チャネルの擬似距離真値ｒ(ｔ)を用いて測位計算部１２にて利用者の位置を求める。
【００４６】
以上説明した実施形態では、Ｌ１周波数における疑似距離ｒ１（ｔ）と電離層遅延ｄ１（ｔ）を用いて擬似距離真値ｒ(ｔ)を求めているが、これに代えて、Ｌ２周波数における疑似距離ｒ２（ｔ）と電離層遅延ｄ２（ｔ）を用いて擬似距離真値ｒ(ｔ)を求めるようにしてもよい。
【００４７】
また、ＧＰＳのＬ１周波数とＬ２周波数を用いているが、本発明に用いる２つの周波数はＧＰＳのＬ１周波数とＬ２周波数に限らないので、将来打ち上げられる衛星から放送が計画されているＬ５周波数(１１７６．４５ＭＨｚ)を利用して、Ｌ１周波数とＬ５周波数あるいはＬ２周波数とＬ５周波数の組合せでも、本発明の意図する効果を得ることができる。
【００４８】
さらに、欧州で計画中の衛星航法システムであるＧＡＬＩＬＥＯシステムから放送が計画されているＥ１、Ｅ５、Ｅ６周波数、我が国で計画中の準天頂衛星システムから放送が計画されているＬ１、Ｌ２、Ｌ５周波数、ロシアが運用中の衛星航法システムであるＧＬＯＮＡＳＳから放送されているＬ１、Ｌ２周波数に適用しても、本発明の意図する効果が得られることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例の係る衛星航法装置の全体構成図
【符号の説明】
【００５０】
１ アンテナ
２ Ｌ１周波数受信部
３ 送信時刻測定部
４ 受信機時計
５ 擬似距離計算部
６ Ｌ２周波数受信部
７ 送信時刻測定部
８ 擬似距離計算部
９ Ｌ１電離層遅延計算部
１０ 平滑化部
１１ 擬似距離真値計算部
１２ 測位計算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工衛星から送信される周波数の異なる複数の搬送波による航法信号を受信する衛星航法装置であって、
前記人工衛星からの第１の周波数の搬送波に重畳された第１変調コードの位相を測定して第１コード擬似距離を計算する第１コード擬似距離計算手段と、
前記人工衛星からの第２の周波数の搬送波に重畳された第２変調コードの位相を測定して第２コード擬似距離を計算する第２コード擬似距離計算手段と、
前記第１コード擬似距離と前記第２コード擬似距離とから第１の周波数における電離層遅延を計算する第１電離層遅延計算手段と、
前記第１の周波数における電離層遅延を平滑化して平滑化第１電離層遅延を計算する電離層遅延平滑化手段と、
前記第１コード擬似距離を平滑化第１電離層遅延で補正し,電離層遅延を除去したコード擬似距離真値を計算するコード擬似距離補正手段と、
を備えたことを特徴とする衛星航法装置。
【請求項２】
前記第１電離層遅延計算手段は、第１の周波数における電離層遅延を次式により計算し、
ｄ１（ｔ）＝｛ｒ２（ｔ）−ｒ１（ｔ）｝／（γ−１）
但し、ｄ１（ｔ）：第１の周波数における電離層遅延、ｒ１（ｔ）：第１コード擬似距離、ｒ２（ｔ）：第２コード擬似距離、γ：（第１の周波数／第２の周波数）2
前記コード擬似距離補正手段は、コード擬似距離真値を次式により計算する
ｒ（ｔ）＝ｒ１（ｔ）−ｓｄ１（ｔ）
但し、ｒ（ｔ）：コード擬似距離真値、ｓｄ１（ｔ）：平滑化第１電離層遅延
ことを特徴とする、請求項１に記載の衛星航法装置。
【請求項１】
人工衛星から送信される周波数の異なる複数の搬送波による航法信号を受信する衛星航法装置であって、
前記人工衛星からの第１の周波数の搬送波に重畳された第１変調コードの位相を測定して第１コード擬似距離を計算する第１コード擬似距離計算手段と、
前記人工衛星からの第２の周波数の搬送波に重畳された第２変調コードの位相を測定して第２コード擬似距離を計算する第２コード擬似距離計算手段と、
前記第１コード擬似距離と前記第２コード擬似距離とから第１の周波数における電離層遅延を計算する第１電離層遅延計算手段と、
前記第１の周波数における電離層遅延を平滑化して平滑化第１電離層遅延を計算する電離層遅延平滑化手段と、
前記第１コード擬似距離を平滑化第１電離層遅延で補正し,電離層遅延を除去したコード擬似距離真値を計算するコード擬似距離補正手段と、
を備えたことを特徴とする衛星航法装置。
【請求項２】
前記第１電離層遅延計算手段は、第１の周波数における電離層遅延を次式により計算し、
ｄ１（ｔ）＝｛ｒ２（ｔ）−ｒ１（ｔ）｝／（γ−１）
但し、ｄ１（ｔ）：第１の周波数における電離層遅延、ｒ１（ｔ）：第１コード擬似距離、ｒ２（ｔ）：第２コード擬似距離、γ：（第１の周波数／第２の周波数）2
前記コード擬似距離補正手段は、コード擬似距離真値を次式により計算する
ｒ（ｔ）＝ｒ１（ｔ）−ｓｄ１（ｔ）
但し、ｒ（ｔ）：コード擬似距離真値、ｓｄ１（ｔ）：平滑化第１電離層遅延
ことを特徴とする、請求項１に記載の衛星航法装置。
【図１】
【公開番号】特開２００８−５１５６７（Ｐ２００８−５１５６７Ａ）
【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２００６−２２５９７７（Ｐ２００６−２２５９７７）
【出願日】平成１８年８月２３日（２００６．８．２３）
【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２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２３日（２００６．８．２３）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
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