雑音検出装置及び測位装置
【課題】衛星信号の搬送波位相を利用して測位するときに、各受信機で独立し、さらに各衛星で独立して、受信した信号に含まれるマルチパス雑音とサイクルスリップを検出できるようにする。
【解決手段】マルチパス強度等計算部１５では、ある時刻及び別の時刻におけるＬ１信号及びＬ２信号にそれぞれ当該信号の波長を乗算する。そして、その乗算後のそれぞれの値について、当該ある時刻の値と別の時刻の値との差を求める。次に、この求めたＬ１信号の差信号とＬ２信号の差信号との差を求める。そして、この値の絶対値や二乗値を所定の基準値と比較する。
【解決手段】マルチパス強度等計算部１５では、ある時刻及び別の時刻におけるＬ１信号及びＬ２信号にそれぞれ当該信号の波長を乗算する。そして、その乗算後のそれぞれの値について、当該ある時刻の値と別の時刻の値との差を求める。次に、この求めたＬ１信号の差信号とＬ２信号の差信号との差を求める。そして、この値の絶対値や二乗値を所定の基準値と比較する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雑音検出装置及び測位装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの移動体に搭載されて現在位置を測位する測位装置においては、ＧＰＳを利用したものが知られている。これは、移動体に設置されたアンテナで受信する複数のＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの信号により移動体の現在位置を測位する技術である。
【０００３】
ＧＰＳを用いて測位する手段としては、ＧＰＳ衛星信号の搬送波に乗っているコードを利用する手段と、搬送波の位相を利用する手段と、これらを併用する手段とが知られている。
【０００４】
ＧＰＳ衛星信号の搬送波に乗っているコードを利用する手段では、数メートルオーダーの精度で簡単に測位することができるが、搬送波の位相を利用する手段では、時間は要するものの、ＲＴＫ（Real Time Kinematic）測位により数ミリ〜数センチオーダーの精度で測位することができる。
【０００５】
非特許文献１には、搬送波の位相を利用して測位する手段に関し、移動局（受信機）が基地局からの情報を用いてＧＰＳ衛星信号のマルチパス雑音とサイクルスリップの大きさを検出する技術について開示されている。
【非特許文献１】Bisnath, S.B., “Efficient, AutomatedCycle-Slip Correction of Dual-Frequency Kinematic GPS Data”, Proc. on ION GPS 2000, Sept. 2000, pp. 145-154, Utah,USA
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＧＰＳを利用して測位する技術に関し、搬送波位相測定値について説明する。搬送波位相測定値とは、衛星から受信したＧＰＳ衛星信号の搬送波の位相と、ＧＰＳ衛星信号を受信する受信機が生成した搬送波（ＧＰＳ衛星信号の搬送波と同じ周波数）の位相とのある測定時刻における差であり、これは、受信機のクロック変動、衛星のクロック変動、受信機と衛星との間の距離の変動等により変化する。受信機と衛星との間の距離の変動により搬送波位相測定値は変動するため、受信機において搬送波位相測定値を求めることで、受信機は当該受信機と衛星との距離を判断することができる。
【０００７】
この搬送波位相測定値φ（単位は波数）はモデル化すると、
【数１】
……（１）
のように表される。ここで、λは波長、ｒは衛星と受信機間の距離、ｃは光速、δｔｓは受信機のクロック誤差、δｔｒは衛星のクロック誤差、Ｉは電離層による遅延、ｆは周波数、Ｔは対流圏による遅延、ｅはマルチパス等による雑音による誤差を表す。またＮは整数値アンビギュイティと呼ばれる値で、測定値と衛星受信機間の距離の間にはＮ波数分の未知数を含むことに起因する値である。この整数値アンビギュイティは、衛星信号を追尾し続ける限り一定の値を保ち続ける。
【０００８】
次に、ＧＰＳ衛星信号の搬送波の位相の誤差要因について説明する。このような誤差要因としては、マルチパス雑音とサイクルスリップの発生がある。
【０００９】
まず、マルチパス雑音について説明する。ＧＰＳ衛星信号に含まれる雑音ｅは、
【数２】
……（２）
のように表される。ここで、ｅｍｐはマルチパスによる雑音、ｅｔｅｍｐは熱雑音である。
【００１０】
マルチパスとは、ＧＰＳ衛星信号中に直接波以外に受信機の周囲の建物や地上からの反射波が一つ以上混在していることをいう。
【００１１】
マルチパスの受信信号は、
【数３】
……（３）
となる。
【００１２】
ここで、Δφは直接波と反射波の行路差ｌｄによる位相変化であり、
【数４】
……（４）
と表される。
【００１３】
そして、マルチパスによる位相誤差は、
【数５】
……（５）
となる。
【００１４】
次に、サイクルスリップの発生について説明する。サイクルスリップとは、衛星信号の追尾の瞬断等により、整数値アンビギュイティ値が不連続に変化することをいう。
【００１５】
すなわち、
【数６】
……（６）
となる。
【００１６】
ＧＰＳ衛星の移動に伴う衛星信号のドップラーシフトにより前述の搬送波位相測定値は変動し、これにより受信機とＧＰＳ衛星との距離を判断することができるが、衛星信号の追尾の瞬断等が生じてサイクルスリップが発生すると、搬送波位相測定値は大きく変動して、搬送波位相測定値から受信機とＧＰＳ衛星との距離を判断することができなくなる。
【００１７】
このように、ＧＰＳ衛星信号の搬送波の位相の誤差要因としては、マルチパス雑音とサイクルスリップの発生とがあり、これらの誤差要因を含んでいる衛星信号を無条件に使用して測位を行なうと測定の精度が低下してしまうことになる。
【００１８】
これに対して、非特許文献１に開示の技術では、搬送波の位相を利用して測位する手段に関し、受信機が基地局からの情報を用いてＧＰＳ衛星信号のマルチパス雑音とサイクルスリップの大きさを検出する技術について開示されている。
【００１９】
しかしながら、非特許文献１に開示の技術では、マルチパス雑音やサイクルスリップの検出は受信機と基地局との搬送波位相測定値の差に基づくので、検出したマルチパス雑音やサイクルスリップが受信機の搬送波位相に混入したものか、それとも基地局の搬送波位相に混入したものかを判別することはできないという不具合が存在する。
【００２０】
また、かかる技術では、マルチパス雑音やサイクルスリップの検出は、２つの衛星間の搬送波位相測定値の差にも基づくので、検出したマルチパス雑音やサイクルスリップが、差を算出した２つの衛星のどちらの搬送波位相に混入したものかを判別することはできないという不具合が存在する。
【００２１】
そこで、本発明の目的は、衛星信号の搬送波位相を利用して測位するときに、各受信機で独立し、さらに各衛星で独立して、受信した信号に含まれるマルチパス雑音とサイクルスリップを検出できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、アンテナと、前記アンテナにより互いに周波数の異なる第１の信号及び第２の信号を各衛星からそれぞれ受信する受信手段と、前記受信手段で受信した各衛星からの前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相を測定する搬送波位相測定手段と、前記搬送波位相測定手段で測定した各衛星からの前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相であって互いに異なる時刻である第１の時刻及び第２の時刻に測定したものをそれぞれ記憶する記憶手段と、前記記憶手段で記憶した第１の時刻及び第２の時刻における前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相測定値にそれぞれ当該信号の波長を乗算する乗算手段と、前記乗算手段で波長を乗算した前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相測定値のそれぞれについて前記第１の時刻の値と前記第２の時刻の値との差を求める第１の減算手段と、前記第１の減算手段で求めた前記第１の信号の搬送波位相測定値の差信号と前記第２の信号の搬送波位相測定値の差信号との差を求める第２の減算手段と、前記第２の減算手段で求めた差信号の強度に基づく値を所定の基準値と比較する比較手段と、を備えている雑音検出装置である。
【００２３】
別の本発明は、アンテナと、前記アンテナにより互いに周波数の異なる第１の信号及び第２の信号を各衛星からそれぞれ受信する受信手段と、前記受信手段で受信した各衛星からの前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相を測定する搬送波位相測定手段と、前記搬送波位相測定手段で測定した各衛星からの前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相であって互いに異なる時刻である第１の時刻及び第２の時刻に測定したものをそれぞれ記憶する記憶手段と、前記記憶手段で記憶した第１の時刻及び第２の時刻における前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相測定値にそれぞれ当該信号の波長を乗算する乗算手段と、前記乗算手段で波長を乗算した前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相測定値のそれぞれについて前記第１の時刻の値と前記第２の時刻の値との差を求める第１の減算手段と、前記第１の減算手段で求めた前記第１の信号の搬送波位相測定値の差信号と前記第２の信号の搬送波位相測定値の差信号との差を求める第２の減算手段と、前記第２の減算手段で求めた差信号の強度に基づく値を所定の基準値と比較する比較手段と、前記比較手段による比較の結果に基づいて前記各衛星から受信した信号に対して選別及び重み付けの少なくとも一方を行う選別・重み付け手段と、前記選別・重み付け手段により選別及び重み付けの少なくとも一方を行なった後の前記各衛星の受信信号を用いて測位を行う測位手段と、を備えている測位装置である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、衛星信号の搬送波位相を利用して測位するときに、各受信機で独立し、さらに各衛星で独立して、受信した信号に含まれるマルチパス雑音とサイクルスリップを検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施の形態について説明する。以下では、ＧＰＳ衛星からの衛星信号を利用する場合の例について説明する。
【００２６】
［搬送波の位相の誤差要因の検出手法について］
ＧＰＳ衛星信号から搬送波の位相の誤差要因、具体的にはマルチパス雑音の大きさやサイクルスリップの発生を、基地局からの信号を用いることなく検出する手法について説明する。
【００２７】
ＧＰＳ衛星からはＬ１信号とＬ２信号という２種類の衛星信号が送信されている。Ｌ１信号とＬ２信号では搬送波の周波数が異なっている。図５は、この場合のＧＰＳ衛星信号の受信について説明する説明図である。ＧＰＳ衛星Ｓから送信されるＬ１信号とＬ２信号とはそれぞれ周波数がｆ１，ｆ２であり、受信機のアンテナａを搭載した移動体ＭでＬ１信号とＬ２信号とを受信している。
【００２８】
ここで、あるＧＰＳ衛星からのＬ１信号とＬ２信号の測定値は、
Ｌ１信号：
【数７】
……（７）
Ｌ２信号：
【数８】
……（８）
と表すことができる。ここで、λは波長、ｒは衛星と受信機間の距離、δｔｓは受信機のクロック誤差、δｔｒは衛星のクロック誤差、Ｉは電離層による遅延、ｆは周波数、Ｔは対流圏による遅延、ｅはマルチパス等による雑音による誤差、Ｎは整数値アンビギュイティである。添え字Ｌ１，Ｌ２は、各値がそれぞれＬ１，Ｌ２信号についての値であることを示す。すなわち、（７）式、（８）式は、ある時刻におけるＬ１信号とＬ２信号の搬送波位相測定値にそれぞれ当該Ｌ１信号又はＬ２信号の波長を乗算した値を示している。
【００２９】
そして、受信機において、ある時刻ｔＡとｔＢにおけるＬ１信号、Ｌ２信号それぞれの測定値の差は、
Ｌ１信号の時刻ｔＡとｔＢにおける測定値の差：
【数９】
……（９）
Ｌ２信号の時刻ｔＡとｔＢにおける測定値の差：
【数１０】
……（１０）
となる。
【００３０】
なお、ここで、
【数１１】
……（１１）
である。
【００３１】
時刻ｔＡとｔＢの時間差とそのときの受信機の位置差が電離層の大きさに影響を与えない程度、すなわち、
【数１２】
……（１２）
とすると、式（９）と式（１０）の差分を取れば、
【数１３】
……（１３）
となる。
【００３２】
もしも、マルチパスが無く、サイクルスリップも無い場合（ΔＮ＝０（Δの下に“tA,tB”と表記）の場合）、
【数１４】
……（１４）
となり、その二乗の期待値は、
【数１５】
……（１５）
となる。
【００３３】
マルチパス波による誤差において、“λＬ１ｅｍｐ（Ｌ１）−λＬ２ｅｍｐ（Ｌ２）”の値の大きさ、すなわち、Ｌ１信号のマルチパス成分とＬ２信号のマルチパス成分の差の大きさは、式（５）の関係より図３に示すようになる。すなわち、行路差がわずかに変動しただけで、“λＬ１ｅｍｐ（Ｌ１）−λＬ２ｅｍｐ（Ｌ２）”の値は大きく乱れる。もしも、マルチパスが存在し、そのマルチパスの行路差の変化が大きい場合、マルチパスが大きければ、ある時間区間におけるマルチパスの変化量の二乗の期待値、
【数１６】
……（１６）
も大きくなる。
【００３４】
よって、
【数１７】
……（１７）
となる。
【００３５】
もしも、時刻ｔＡとｔＢの間にサイクルスリップが起きたとき、ΔＮ（Δの下に“tA,tB”と表記）は大きな値を取ることから、
【数１８】
……（１８）
は、一般に大きな値を取る。
【００３６】
このように、（１４）式は、搬送波位相測定値の誤差成分である、サイクルスリップやマルチパスの強度を表わしている。そこで、例えば、Δerr（Δの下に“tA,tB”と表記）の絶対値を所定の基準値と比較することにより、サイクルスリップを検出することができる。また、例えば、Δerr（Δの下に“tA,tB”と表記）の二乗値を所定のローパスフィルタにかけ、その値を所定の基準値と比較することにより、マルチパスの有無とその強度について判断することができる。
【００３７】
すなわち、
【数１９】
……（１９）
により、サイクルスリップを検出することができる。
【００３８】
また、
【数２０】
……（２０）
により、マルチパスの大きさを検出できる。
【００３９】
以上説明した検出手法によれば、行路差とマルチパスの関係を見る限り、時刻ｔＡとｔＢの間に行路差が１０ｃｍ以上の変化があれば、Δerr（Δの下に“tA,tB”と表記）の値は大きく変化し、マルチパスを検出することができる。
【００４０】
図４は、移動体の移動による行路差の変化を説明する説明図である。移動体Ｍに受信機のアンテナaを搭載し、ＧＰＳ衛星信号を受信している。直接波とあるのは、ＧＰＳ衛星信号の直接波をアンテナaで受信していることを示している。障害物ＢでＧＰＳ衛星信号が反射し、その反射波もアンテナaで受信している。行路差とあるのは、アンテナaに直接入射する直接波と障害物Ｂに当たる直接波との行路差である。図４（ａ）では行路差がｌ１であるのに対し、図４（ｂ）では行路差がｌ２になり、行路差が“ｌ１−ｌ２”だけ変化している。この行路差の変化“ｌ１−ｌ２”が１０ｃｍ以上あれば、十分マルチパスを検出することができる。
【００４１】
また、時刻ｔＡとｔＢの間が１秒間であれば、移動体が良い場合で３６０ｍ／ｈ以上で動けばマルチパスを検出できる。自動車のような移動体では、通常その約１００倍の４０ｋｍ／ｈ程度で移動するので、十分マルチパスを検出することができる。
【００４２】
［雑音検出装置について］
次に、前記のとおり説明した検出手法によりマルチパス雑音やサイクルスリップを検出する雑音検出装置について説明する。
【００４３】
図１は、雑音検出装置１の電気的な接続を示すブロック図である。雑音検出装置１は、ＧＰＳ衛星信号を受信するアンテナ２と、アンテナ２を介してＧＰＳ衛星信号のうちＬ１信号を受信するＬ１信号受信部３と、Ｌ２信号を受信するＬ２信号受信部４と、この受信したＬ１信号とＬ２信号とを処理する処理部５とを備えている。処理部５は、ＧＰＳ衛星信号の複数チャンネル（チャンネル１，２，…，ｎ）にそれぞれ対応して複数設けられている。
【００４４】
各処理部５の構成は全て共通であるため、ここでは代表してチャンネル１に対応した処理部５について説明する。処理部５は、Ｌ１信号受信部３、Ｌ２信号受信部４でそれぞれ受信したＬ１信号、Ｌ２信号の搬送波位相をそれぞれ追尾する搬送波位相追尾部１１，１２と、この搬送波位相追尾部１１，１２で追尾しているＬ１信号、Ｌ２信号の搬送波位相をそれぞれ測定する搬送波位相測定部１３，１４と、この測定されたＬ１信号、Ｌ２信号の搬送波位相に基づいてマルチパス雑音強度などを測定するマルチパス強度等計算部１５とを備えている。
【００４５】
次に、マルチパス強度等計算部１５が行なう処理について説明する。マルチパス強度等計算部１５では、前記のとおり説明した検出手法によりマルチパス雑音やサイクルスリップを検出するための計算を行なう。すなわち、搬送波位相測定部１３，１４では所定の時間差で定期的にＬ１信号、Ｌ２信号の搬送波位相を測定し、その測定値を記憶装置に記憶する。そして、ＧＰＳ衛星からのＬ１信号とＬ２信号の時刻ｔＡとｔＢにおける測定値にそれぞれの波長λＬ１，λＬ２を乗算して（７）式、（８）式を求める。次に、Ｌ１信号とＬ２信号の時刻ｔＡとｔＢにおける測定値の差をそれぞれ（９）式、（１０）式により求め、式（９）と式（１０）の差分を取れば、式（１１）の値Δerr（Δの下に“tA,tB”と表記）が得られる。後は、式（１９）と式（２０）によりマルチパス雑音の大きさとサイクルスリップを検出することができる。各チャンネルの処理部５は、この検出の結果を出力する。
【００４６】
［測位装置について］
次に、前記のとおり説明した検出手法によりマルチパス雑音やサイクルスリップを検出する機能を備えた測位装置について説明する。
【００４７】
図２は、測位装置２１を中心としたシステム全体の説明図である。測位装置２１は搬送波位相測定値を用いて２点間（ユーザ局となる測位装置２１と基準局３１）の相対位置を高精度に算出するＲＴＫ（Real Time Kinematic）測位を行なう。
【００４８】
基準局３１は各所に設けられ、複数のＧＰＳ衛星信号を受信するアンテナ３２と、この受信したＧＰＳ衛星信号に対して復調、位置算出等の処理を行う衛星信号処理部３３と、ユーザ局となる測位装置２１が相対測位に必要とする基準局３１のデータをアンテナ３４から送信する基準局データ送信部３５とを備えている。
【００４９】
ユーザ局となる測位装置２１は、基準局３１のデータを受信するアンテナ２２と、この受信した基準局３１のデータをアンテナ２２により受信して復調処理等する基準局データ処理部２３と、複数のＧＰＳ衛星信号を受信するアンテナ２４と、アンテナ２４で受信されたＧＰＳ衛星信号の復調、衛星位置計算、コード擬似距離による現在の位置計算等を行う衛星信号処理部２５と、基準局データ処理部２３から得られる基準局３１の搬送波位相等のデータと、衛星信号処理部２５から得られるユーザ局の搬送波位相等のデータから、基準局３１のアンテナ３２と測位装置２１のアンテナ２４と間の基線を測定する基線計算部２６とを備えている。また、衛星信号処理部２５は、前述の雑音検出装置１の機能を備えており、ＧＰＳ衛星信号についてのマルチパス雑音の大きさとサイクルスリップの検出結果のデータを基線計算部２６に出力する。
【００５０】
次に、ユーザ局となる測位装置２１と基準局３１との間の相対位置の測定の概略について説明する。
【００５１】
説明の簡単化のために、アンテナ３２からアンテナ２４までの距離が十分短いとすれば、算出手順は次の（１）（２）のようになる。
【００５２】
（１）まず、衛星信号処理部２５から得られた搬送波位相から、一重位相差（アンテナ３２及びアンテナ２４における、同一衛星からの信号の搬送波位相の差分）又は二重位相差（基準衛星に対する一重位相差と他の衛星の一重位相差との差分）を求める。
【００５３】
（２）次に、この一重位相差又は二重位相差と衛星への視線方向ベクトルの関係から、最小二乗法により基線ベクトルを算出する。
【００５４】
次に、この算出手順の詳細について説明する。まず、基線と一重位相差又は二重位相差との関係について説明する。
【００５５】
一重位相差とは、アンテナ３２及びアンテナ２４における、同一衛星からの信号の搬送波位相の差分である。この差分と基準アンテナ及びユーザアンテナにより構成される基線ベクトルの間には行路差から、
【数２１】
……（２１）
が成り立つ（図６参照）。
【００５６】
ここで、ｙは位相差、ｈ（太字）は衛星への単位方向ベクトル、ｂ（太字）は基線ベクトル、ａは整数値アンビギュイティ、Δｔは受信機の位相差の取得タイミングのズレを表す時計誤差、ｅは観測誤差であり、ｙ，ｂ（太字），ａ，Δｔ，ｅの単位は波数とする。また、添え字sは一重位相差についての値であることを意味し、
【数２２】
……（２２）
となる。φｒｅｆは基準局で観測された搬送波位相、φＵＳＥＲはユーザ局となる測位装置２１で観測された搬送波位相差である。
【００５７】
また、
【数２２−１】
……（２２-１）
である。ここで、Ｎｒｅｆは基準局で観測された搬送波位相測定値における整数値アンビギュイティ、Ｎｕｓｅｒはユーザ局となる測位装置２１で観測された搬送波位相測定値における整数値アンビギュイティである。
【００５８】
二重位相差とは、ある基線における基準衛星の一重位相差と基準衛星以外の一重位相差の差分である。基準衛星ｉと衛星ｋの二重位相差と基線の関係は、
【数２３】
……（２３）
と表される。
【００５９】
ここで、
【数２４】
……（２４）
を意味する。添え字ｄは二重位相差に関する値であることを表している。二重位相差を用いる利点は、時計誤差を打ち消すことができる点にある。
【００６０】
次に、基線の算出について説明する。複数の衛星を受信すれば、基線ベクトルｂ（太字）に関する連立方程式を立てることができ、この連立方程式を最小二乗法により解けば、基線ベクトルｂ（太字）を算出することができる。
【００６１】
一重位相差の場合、連立方程式は、
【数２５】
……（２５）
と表される。
【００６２】
ここで、
【数２６】
……（２６）
である。
【００６３】
整数値アンビギュイティが既知であるとすれば、基線と時計誤差は、最小二乗法を用いて、
【数２７】
……（２７）
と推定できる。ここで、Ｑは重み行列であり、通常、
【数２８】
……（２８）
と設定するのが普通である。ここでσ２は規格化係数である。
【００６４】
二重位相差の場合も同様に解け、連立方程式は、
【数２９】
……（２９）
と表され、整数値アンビギュイティが既知であるとすれば、基線の推定値ｂ（太字のｂにハット）は、
【数３０】
……（３０）
と求めることができる。
【００６５】
整数値アンビギュイティは、LAMBDA法などの周知の手法を用いることで解くことができる。
【００６６】
以上のようにして基線ベクトルを求め、アンテナ２４の現在位置の測位を行なうことができる。
【００６７】
次に、このような測位を行なう場合に、衛星信号処理部２５で求めたマルチパス雑音の大きさやサイクルスリップの検出結果のデータを用い、マルチパスや、サイクルスリップといった誤差の影響を低減するための手法について説明する。
【００６８】
このような精度向上のためには、マルチパスや、サイクルスリップといった誤差を含むようなＧＰＳ衛星信号は用いないで算出するか、又は、検出したマルチパスなどの大きさに基づいて、重み行列Ｑを設定するようにすればよい。
【００６９】
マルチパスや、サイクルスリップといった誤差を含むような衛星からのＧＰＳ衛星信号は用いないで算出することは、前述の（１９）式、又は（２０）式に該当する衛星のＧＰＳ衛星信号は用いないで、観測方程式を立てて基線を算出すればよい。
【００７０】
また、マルチパスの大きさに基づいて、重み行列Ｑを設定するには、例えば、一重位相差についての重み係数Ｑｓは、
【数３１】
……（３１）
とするのが一般的に良いとされる。ここで、σ２ｓ（ｋ）は衛星ｋの一重位相差の雑音の分散であり、
【数３２】
……（３２）
である。
【００７１】
実際のσ２ｓ（ｋ）は分からないが、ｅｓ（ｋ）にはマルチパス成分が含まれることから、衛星ｋの信号に含まれるマルチパスの強度を表す（２０）式の左辺の値を用いて、
【数３３】
……（３３）
として与える。
【００７２】
関数ｆ（ｘ）は、ｘが増加すると増加するような適当な関数で、例えば、
【数３４】
……（３４）
といった関数とするのが適当である。二重位相差についての重み係数Ｑｄも同様の考え方で設定すればよい。
【００７３】
以上のようにして、衛星信号の搬送波位相を利用して測位するときに、各受信機で独立し、さらに各衛星で独立して、受信した信号に含まれるマルチパス雑音とサイクルスリップを検出できる。
【００７４】
また、整数値アンビギュイティ値を解決することなくマルチパス雑音の大きさを検出することができる。
【００７５】
なお、この測位方法は、１台の受信機で時刻の異なった２点で観測した搬送波位相を用い、当該２点間で行なう相対測位に対しても同様に応用することができる。
【００７６】
また、この測位方法では、ＧＰＳのＬ１周波数とＬ２周波数を用いているが、ここで用いる２つの周波数は、ＧＰＳのＬ１周波数とＬ２周波数に限られるものではなく、将来打ち上げられる衛星から放送が計画されているＬ５周波数を利用して、Ｌ１周波数とＬ５周波数の組み合わせ、あるいは、Ｌ５周波数の組み合わせでも、同様の効果を得ることが出来る。
【００７７】
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、同様の効果を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施の形態である雑音検出装置の電気的な接続のブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態である測位装置の電気的な接続のブロック図である。
【図３】Ｌ１信号のマルチパス成分とＬ２信号のマルチパス成分の差の大きさの行路差による変動について説明するグラフである。
【図４】移動体の移動によるＧＰＳ衛星信号の行路差の変化について説明する説明図である。
【図５】ＧＰＳ衛星信号のＬ１信号とＬ２信号の移動体における受信について説明する説明図である。
【図６】一重位相差と基線ベクトルとの関係について説明する説明図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 雑音検出装置
２ アンテナ
２１ 測位装置
２４ アンテナ
３１ 基準局
３２ アンテナ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雑音検出装置及び測位装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの移動体に搭載されて現在位置を測位する測位装置においては、ＧＰＳを利用したものが知られている。これは、移動体に設置されたアンテナで受信する複数のＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの信号により移動体の現在位置を測位する技術である。
【０００３】
ＧＰＳを用いて測位する手段としては、ＧＰＳ衛星信号の搬送波に乗っているコードを利用する手段と、搬送波の位相を利用する手段と、これらを併用する手段とが知られている。
【０００４】
ＧＰＳ衛星信号の搬送波に乗っているコードを利用する手段では、数メートルオーダーの精度で簡単に測位することができるが、搬送波の位相を利用する手段では、時間は要するものの、ＲＴＫ（Real Time Kinematic）測位により数ミリ〜数センチオーダーの精度で測位することができる。
【０００５】
非特許文献１には、搬送波の位相を利用して測位する手段に関し、移動局（受信機）が基地局からの情報を用いてＧＰＳ衛星信号のマルチパス雑音とサイクルスリップの大きさを検出する技術について開示されている。
【非特許文献１】Bisnath, S.B., “Efficient, AutomatedCycle-Slip Correction of Dual-Frequency Kinematic GPS Data”, Proc. on ION GPS 2000, Sept. 2000, pp. 145-154, Utah,USA
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＧＰＳを利用して測位する技術に関し、搬送波位相測定値について説明する。搬送波位相測定値とは、衛星から受信したＧＰＳ衛星信号の搬送波の位相と、ＧＰＳ衛星信号を受信する受信機が生成した搬送波（ＧＰＳ衛星信号の搬送波と同じ周波数）の位相とのある測定時刻における差であり、これは、受信機のクロック変動、衛星のクロック変動、受信機と衛星との間の距離の変動等により変化する。受信機と衛星との間の距離の変動により搬送波位相測定値は変動するため、受信機において搬送波位相測定値を求めることで、受信機は当該受信機と衛星との距離を判断することができる。
【０００７】
この搬送波位相測定値φ（単位は波数）はモデル化すると、
【数１】
……（１）
のように表される。ここで、λは波長、ｒは衛星と受信機間の距離、ｃは光速、δｔｓは受信機のクロック誤差、δｔｒは衛星のクロック誤差、Ｉは電離層による遅延、ｆは周波数、Ｔは対流圏による遅延、ｅはマルチパス等による雑音による誤差を表す。またＮは整数値アンビギュイティと呼ばれる値で、測定値と衛星受信機間の距離の間にはＮ波数分の未知数を含むことに起因する値である。この整数値アンビギュイティは、衛星信号を追尾し続ける限り一定の値を保ち続ける。
【０００８】
次に、ＧＰＳ衛星信号の搬送波の位相の誤差要因について説明する。このような誤差要因としては、マルチパス雑音とサイクルスリップの発生がある。
【０００９】
まず、マルチパス雑音について説明する。ＧＰＳ衛星信号に含まれる雑音ｅは、
【数２】
……（２）
のように表される。ここで、ｅｍｐはマルチパスによる雑音、ｅｔｅｍｐは熱雑音である。
【００１０】
マルチパスとは、ＧＰＳ衛星信号中に直接波以外に受信機の周囲の建物や地上からの反射波が一つ以上混在していることをいう。
【００１１】
マルチパスの受信信号は、
【数３】
……（３）
となる。
【００１２】
ここで、Δφは直接波と反射波の行路差ｌｄによる位相変化であり、
【数４】
……（４）
と表される。
【００１３】
そして、マルチパスによる位相誤差は、
【数５】
……（５）
となる。
【００１４】
次に、サイクルスリップの発生について説明する。サイクルスリップとは、衛星信号の追尾の瞬断等により、整数値アンビギュイティ値が不連続に変化することをいう。
【００１５】
すなわち、
【数６】
……（６）
となる。
【００１６】
ＧＰＳ衛星の移動に伴う衛星信号のドップラーシフトにより前述の搬送波位相測定値は変動し、これにより受信機とＧＰＳ衛星との距離を判断することができるが、衛星信号の追尾の瞬断等が生じてサイクルスリップが発生すると、搬送波位相測定値は大きく変動して、搬送波位相測定値から受信機とＧＰＳ衛星との距離を判断することができなくなる。
【００１７】
このように、ＧＰＳ衛星信号の搬送波の位相の誤差要因としては、マルチパス雑音とサイクルスリップの発生とがあり、これらの誤差要因を含んでいる衛星信号を無条件に使用して測位を行なうと測定の精度が低下してしまうことになる。
【００１８】
これに対して、非特許文献１に開示の技術では、搬送波の位相を利用して測位する手段に関し、受信機が基地局からの情報を用いてＧＰＳ衛星信号のマルチパス雑音とサイクルスリップの大きさを検出する技術について開示されている。
【００１９】
しかしながら、非特許文献１に開示の技術では、マルチパス雑音やサイクルスリップの検出は受信機と基地局との搬送波位相測定値の差に基づくので、検出したマルチパス雑音やサイクルスリップが受信機の搬送波位相に混入したものか、それとも基地局の搬送波位相に混入したものかを判別することはできないという不具合が存在する。
【００２０】
また、かかる技術では、マルチパス雑音やサイクルスリップの検出は、２つの衛星間の搬送波位相測定値の差にも基づくので、検出したマルチパス雑音やサイクルスリップが、差を算出した２つの衛星のどちらの搬送波位相に混入したものかを判別することはできないという不具合が存在する。
【００２１】
そこで、本発明の目的は、衛星信号の搬送波位相を利用して測位するときに、各受信機で独立し、さらに各衛星で独立して、受信した信号に含まれるマルチパス雑音とサイクルスリップを検出できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、アンテナと、前記アンテナにより互いに周波数の異なる第１の信号及び第２の信号を各衛星からそれぞれ受信する受信手段と、前記受信手段で受信した各衛星からの前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相を測定する搬送波位相測定手段と、前記搬送波位相測定手段で測定した各衛星からの前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相であって互いに異なる時刻である第１の時刻及び第２の時刻に測定したものをそれぞれ記憶する記憶手段と、前記記憶手段で記憶した第１の時刻及び第２の時刻における前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相測定値にそれぞれ当該信号の波長を乗算する乗算手段と、前記乗算手段で波長を乗算した前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相測定値のそれぞれについて前記第１の時刻の値と前記第２の時刻の値との差を求める第１の減算手段と、前記第１の減算手段で求めた前記第１の信号の搬送波位相測定値の差信号と前記第２の信号の搬送波位相測定値の差信号との差を求める第２の減算手段と、前記第２の減算手段で求めた差信号の強度に基づく値を所定の基準値と比較する比較手段と、を備えている雑音検出装置である。
【００２３】
別の本発明は、アンテナと、前記アンテナにより互いに周波数の異なる第１の信号及び第２の信号を各衛星からそれぞれ受信する受信手段と、前記受信手段で受信した各衛星からの前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相を測定する搬送波位相測定手段と、前記搬送波位相測定手段で測定した各衛星からの前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相であって互いに異なる時刻である第１の時刻及び第２の時刻に測定したものをそれぞれ記憶する記憶手段と、前記記憶手段で記憶した第１の時刻及び第２の時刻における前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相測定値にそれぞれ当該信号の波長を乗算する乗算手段と、前記乗算手段で波長を乗算した前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相測定値のそれぞれについて前記第１の時刻の値と前記第２の時刻の値との差を求める第１の減算手段と、前記第１の減算手段で求めた前記第１の信号の搬送波位相測定値の差信号と前記第２の信号の搬送波位相測定値の差信号との差を求める第２の減算手段と、前記第２の減算手段で求めた差信号の強度に基づく値を所定の基準値と比較する比較手段と、前記比較手段による比較の結果に基づいて前記各衛星から受信した信号に対して選別及び重み付けの少なくとも一方を行う選別・重み付け手段と、前記選別・重み付け手段により選別及び重み付けの少なくとも一方を行なった後の前記各衛星の受信信号を用いて測位を行う測位手段と、を備えている測位装置である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、衛星信号の搬送波位相を利用して測位するときに、各受信機で独立し、さらに各衛星で独立して、受信した信号に含まれるマルチパス雑音とサイクルスリップを検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施の形態について説明する。以下では、ＧＰＳ衛星からの衛星信号を利用する場合の例について説明する。
【００２６】
［搬送波の位相の誤差要因の検出手法について］
ＧＰＳ衛星信号から搬送波の位相の誤差要因、具体的にはマルチパス雑音の大きさやサイクルスリップの発生を、基地局からの信号を用いることなく検出する手法について説明する。
【００２７】
ＧＰＳ衛星からはＬ１信号とＬ２信号という２種類の衛星信号が送信されている。Ｌ１信号とＬ２信号では搬送波の周波数が異なっている。図５は、この場合のＧＰＳ衛星信号の受信について説明する説明図である。ＧＰＳ衛星Ｓから送信されるＬ１信号とＬ２信号とはそれぞれ周波数がｆ１，ｆ２であり、受信機のアンテナａを搭載した移動体ＭでＬ１信号とＬ２信号とを受信している。
【００２８】
ここで、あるＧＰＳ衛星からのＬ１信号とＬ２信号の測定値は、
Ｌ１信号：
【数７】
……（７）
Ｌ２信号：
【数８】
……（８）
と表すことができる。ここで、λは波長、ｒは衛星と受信機間の距離、δｔｓは受信機のクロック誤差、δｔｒは衛星のクロック誤差、Ｉは電離層による遅延、ｆは周波数、Ｔは対流圏による遅延、ｅはマルチパス等による雑音による誤差、Ｎは整数値アンビギュイティである。添え字Ｌ１，Ｌ２は、各値がそれぞれＬ１，Ｌ２信号についての値であることを示す。すなわち、（７）式、（８）式は、ある時刻におけるＬ１信号とＬ２信号の搬送波位相測定値にそれぞれ当該Ｌ１信号又はＬ２信号の波長を乗算した値を示している。
【００２９】
そして、受信機において、ある時刻ｔＡとｔＢにおけるＬ１信号、Ｌ２信号それぞれの測定値の差は、
Ｌ１信号の時刻ｔＡとｔＢにおける測定値の差：
【数９】
……（９）
Ｌ２信号の時刻ｔＡとｔＢにおける測定値の差：
【数１０】
……（１０）
となる。
【００３０】
なお、ここで、
【数１１】
……（１１）
である。
【００３１】
時刻ｔＡとｔＢの時間差とそのときの受信機の位置差が電離層の大きさに影響を与えない程度、すなわち、
【数１２】
……（１２）
とすると、式（９）と式（１０）の差分を取れば、
【数１３】
……（１３）
となる。
【００３２】
もしも、マルチパスが無く、サイクルスリップも無い場合（ΔＮ＝０（Δの下に“tA,tB”と表記）の場合）、
【数１４】
……（１４）
となり、その二乗の期待値は、
【数１５】
……（１５）
となる。
【００３３】
マルチパス波による誤差において、“λＬ１ｅｍｐ（Ｌ１）−λＬ２ｅｍｐ（Ｌ２）”の値の大きさ、すなわち、Ｌ１信号のマルチパス成分とＬ２信号のマルチパス成分の差の大きさは、式（５）の関係より図３に示すようになる。すなわち、行路差がわずかに変動しただけで、“λＬ１ｅｍｐ（Ｌ１）−λＬ２ｅｍｐ（Ｌ２）”の値は大きく乱れる。もしも、マルチパスが存在し、そのマルチパスの行路差の変化が大きい場合、マルチパスが大きければ、ある時間区間におけるマルチパスの変化量の二乗の期待値、
【数１６】
……（１６）
も大きくなる。
【００３４】
よって、
【数１７】
……（１７）
となる。
【００３５】
もしも、時刻ｔＡとｔＢの間にサイクルスリップが起きたとき、ΔＮ（Δの下に“tA,tB”と表記）は大きな値を取ることから、
【数１８】
……（１８）
は、一般に大きな値を取る。
【００３６】
このように、（１４）式は、搬送波位相測定値の誤差成分である、サイクルスリップやマルチパスの強度を表わしている。そこで、例えば、Δerr（Δの下に“tA,tB”と表記）の絶対値を所定の基準値と比較することにより、サイクルスリップを検出することができる。また、例えば、Δerr（Δの下に“tA,tB”と表記）の二乗値を所定のローパスフィルタにかけ、その値を所定の基準値と比較することにより、マルチパスの有無とその強度について判断することができる。
【００３７】
すなわち、
【数１９】
……（１９）
により、サイクルスリップを検出することができる。
【００３８】
また、
【数２０】
……（２０）
により、マルチパスの大きさを検出できる。
【００３９】
以上説明した検出手法によれば、行路差とマルチパスの関係を見る限り、時刻ｔＡとｔＢの間に行路差が１０ｃｍ以上の変化があれば、Δerr（Δの下に“tA,tB”と表記）の値は大きく変化し、マルチパスを検出することができる。
【００４０】
図４は、移動体の移動による行路差の変化を説明する説明図である。移動体Ｍに受信機のアンテナaを搭載し、ＧＰＳ衛星信号を受信している。直接波とあるのは、ＧＰＳ衛星信号の直接波をアンテナaで受信していることを示している。障害物ＢでＧＰＳ衛星信号が反射し、その反射波もアンテナaで受信している。行路差とあるのは、アンテナaに直接入射する直接波と障害物Ｂに当たる直接波との行路差である。図４（ａ）では行路差がｌ１であるのに対し、図４（ｂ）では行路差がｌ２になり、行路差が“ｌ１−ｌ２”だけ変化している。この行路差の変化“ｌ１−ｌ２”が１０ｃｍ以上あれば、十分マルチパスを検出することができる。
【００４１】
また、時刻ｔＡとｔＢの間が１秒間であれば、移動体が良い場合で３６０ｍ／ｈ以上で動けばマルチパスを検出できる。自動車のような移動体では、通常その約１００倍の４０ｋｍ／ｈ程度で移動するので、十分マルチパスを検出することができる。
【００４２】
［雑音検出装置について］
次に、前記のとおり説明した検出手法によりマルチパス雑音やサイクルスリップを検出する雑音検出装置について説明する。
【００４３】
図１は、雑音検出装置１の電気的な接続を示すブロック図である。雑音検出装置１は、ＧＰＳ衛星信号を受信するアンテナ２と、アンテナ２を介してＧＰＳ衛星信号のうちＬ１信号を受信するＬ１信号受信部３と、Ｌ２信号を受信するＬ２信号受信部４と、この受信したＬ１信号とＬ２信号とを処理する処理部５とを備えている。処理部５は、ＧＰＳ衛星信号の複数チャンネル（チャンネル１，２，…，ｎ）にそれぞれ対応して複数設けられている。
【００４４】
各処理部５の構成は全て共通であるため、ここでは代表してチャンネル１に対応した処理部５について説明する。処理部５は、Ｌ１信号受信部３、Ｌ２信号受信部４でそれぞれ受信したＬ１信号、Ｌ２信号の搬送波位相をそれぞれ追尾する搬送波位相追尾部１１，１２と、この搬送波位相追尾部１１，１２で追尾しているＬ１信号、Ｌ２信号の搬送波位相をそれぞれ測定する搬送波位相測定部１３，１４と、この測定されたＬ１信号、Ｌ２信号の搬送波位相に基づいてマルチパス雑音強度などを測定するマルチパス強度等計算部１５とを備えている。
【００４５】
次に、マルチパス強度等計算部１５が行なう処理について説明する。マルチパス強度等計算部１５では、前記のとおり説明した検出手法によりマルチパス雑音やサイクルスリップを検出するための計算を行なう。すなわち、搬送波位相測定部１３，１４では所定の時間差で定期的にＬ１信号、Ｌ２信号の搬送波位相を測定し、その測定値を記憶装置に記憶する。そして、ＧＰＳ衛星からのＬ１信号とＬ２信号の時刻ｔＡとｔＢにおける測定値にそれぞれの波長λＬ１，λＬ２を乗算して（７）式、（８）式を求める。次に、Ｌ１信号とＬ２信号の時刻ｔＡとｔＢにおける測定値の差をそれぞれ（９）式、（１０）式により求め、式（９）と式（１０）の差分を取れば、式（１１）の値Δerr（Δの下に“tA,tB”と表記）が得られる。後は、式（１９）と式（２０）によりマルチパス雑音の大きさとサイクルスリップを検出することができる。各チャンネルの処理部５は、この検出の結果を出力する。
【００４６】
［測位装置について］
次に、前記のとおり説明した検出手法によりマルチパス雑音やサイクルスリップを検出する機能を備えた測位装置について説明する。
【００４７】
図２は、測位装置２１を中心としたシステム全体の説明図である。測位装置２１は搬送波位相測定値を用いて２点間（ユーザ局となる測位装置２１と基準局３１）の相対位置を高精度に算出するＲＴＫ（Real Time Kinematic）測位を行なう。
【００４８】
基準局３１は各所に設けられ、複数のＧＰＳ衛星信号を受信するアンテナ３２と、この受信したＧＰＳ衛星信号に対して復調、位置算出等の処理を行う衛星信号処理部３３と、ユーザ局となる測位装置２１が相対測位に必要とする基準局３１のデータをアンテナ３４から送信する基準局データ送信部３５とを備えている。
【００４９】
ユーザ局となる測位装置２１は、基準局３１のデータを受信するアンテナ２２と、この受信した基準局３１のデータをアンテナ２２により受信して復調処理等する基準局データ処理部２３と、複数のＧＰＳ衛星信号を受信するアンテナ２４と、アンテナ２４で受信されたＧＰＳ衛星信号の復調、衛星位置計算、コード擬似距離による現在の位置計算等を行う衛星信号処理部２５と、基準局データ処理部２３から得られる基準局３１の搬送波位相等のデータと、衛星信号処理部２５から得られるユーザ局の搬送波位相等のデータから、基準局３１のアンテナ３２と測位装置２１のアンテナ２４と間の基線を測定する基線計算部２６とを備えている。また、衛星信号処理部２５は、前述の雑音検出装置１の機能を備えており、ＧＰＳ衛星信号についてのマルチパス雑音の大きさとサイクルスリップの検出結果のデータを基線計算部２６に出力する。
【００５０】
次に、ユーザ局となる測位装置２１と基準局３１との間の相対位置の測定の概略について説明する。
【００５１】
説明の簡単化のために、アンテナ３２からアンテナ２４までの距離が十分短いとすれば、算出手順は次の（１）（２）のようになる。
【００５２】
（１）まず、衛星信号処理部２５から得られた搬送波位相から、一重位相差（アンテナ３２及びアンテナ２４における、同一衛星からの信号の搬送波位相の差分）又は二重位相差（基準衛星に対する一重位相差と他の衛星の一重位相差との差分）を求める。
【００５３】
（２）次に、この一重位相差又は二重位相差と衛星への視線方向ベクトルの関係から、最小二乗法により基線ベクトルを算出する。
【００５４】
次に、この算出手順の詳細について説明する。まず、基線と一重位相差又は二重位相差との関係について説明する。
【００５５】
一重位相差とは、アンテナ３２及びアンテナ２４における、同一衛星からの信号の搬送波位相の差分である。この差分と基準アンテナ及びユーザアンテナにより構成される基線ベクトルの間には行路差から、
【数２１】
……（２１）
が成り立つ（図６参照）。
【００５６】
ここで、ｙは位相差、ｈ（太字）は衛星への単位方向ベクトル、ｂ（太字）は基線ベクトル、ａは整数値アンビギュイティ、Δｔは受信機の位相差の取得タイミングのズレを表す時計誤差、ｅは観測誤差であり、ｙ，ｂ（太字），ａ，Δｔ，ｅの単位は波数とする。また、添え字sは一重位相差についての値であることを意味し、
【数２２】
……（２２）
となる。φｒｅｆは基準局で観測された搬送波位相、φＵＳＥＲはユーザ局となる測位装置２１で観測された搬送波位相差である。
【００５７】
また、
【数２２−１】
……（２２-１）
である。ここで、Ｎｒｅｆは基準局で観測された搬送波位相測定値における整数値アンビギュイティ、Ｎｕｓｅｒはユーザ局となる測位装置２１で観測された搬送波位相測定値における整数値アンビギュイティである。
【００５８】
二重位相差とは、ある基線における基準衛星の一重位相差と基準衛星以外の一重位相差の差分である。基準衛星ｉと衛星ｋの二重位相差と基線の関係は、
【数２３】
……（２３）
と表される。
【００５９】
ここで、
【数２４】
……（２４）
を意味する。添え字ｄは二重位相差に関する値であることを表している。二重位相差を用いる利点は、時計誤差を打ち消すことができる点にある。
【００６０】
次に、基線の算出について説明する。複数の衛星を受信すれば、基線ベクトルｂ（太字）に関する連立方程式を立てることができ、この連立方程式を最小二乗法により解けば、基線ベクトルｂ（太字）を算出することができる。
【００６１】
一重位相差の場合、連立方程式は、
【数２５】
……（２５）
と表される。
【００６２】
ここで、
【数２６】
……（２６）
である。
【００６３】
整数値アンビギュイティが既知であるとすれば、基線と時計誤差は、最小二乗法を用いて、
【数２７】
……（２７）
と推定できる。ここで、Ｑは重み行列であり、通常、
【数２８】
……（２８）
と設定するのが普通である。ここでσ２は規格化係数である。
【００６４】
二重位相差の場合も同様に解け、連立方程式は、
【数２９】
……（２９）
と表され、整数値アンビギュイティが既知であるとすれば、基線の推定値ｂ（太字のｂにハット）は、
【数３０】
……（３０）
と求めることができる。
【００６５】
整数値アンビギュイティは、LAMBDA法などの周知の手法を用いることで解くことができる。
【００６６】
以上のようにして基線ベクトルを求め、アンテナ２４の現在位置の測位を行なうことができる。
【００６７】
次に、このような測位を行なう場合に、衛星信号処理部２５で求めたマルチパス雑音の大きさやサイクルスリップの検出結果のデータを用い、マルチパスや、サイクルスリップといった誤差の影響を低減するための手法について説明する。
【００６８】
このような精度向上のためには、マルチパスや、サイクルスリップといった誤差を含むようなＧＰＳ衛星信号は用いないで算出するか、又は、検出したマルチパスなどの大きさに基づいて、重み行列Ｑを設定するようにすればよい。
【００６９】
マルチパスや、サイクルスリップといった誤差を含むような衛星からのＧＰＳ衛星信号は用いないで算出することは、前述の（１９）式、又は（２０）式に該当する衛星のＧＰＳ衛星信号は用いないで、観測方程式を立てて基線を算出すればよい。
【００７０】
また、マルチパスの大きさに基づいて、重み行列Ｑを設定するには、例えば、一重位相差についての重み係数Ｑｓは、
【数３１】
……（３１）
とするのが一般的に良いとされる。ここで、σ２ｓ（ｋ）は衛星ｋの一重位相差の雑音の分散であり、
【数３２】
……（３２）
である。
【００７１】
実際のσ２ｓ（ｋ）は分からないが、ｅｓ（ｋ）にはマルチパス成分が含まれることから、衛星ｋの信号に含まれるマルチパスの強度を表す（２０）式の左辺の値を用いて、
【数３３】
……（３３）
として与える。
【００７２】
関数ｆ（ｘ）は、ｘが増加すると増加するような適当な関数で、例えば、
【数３４】
……（３４）
といった関数とするのが適当である。二重位相差についての重み係数Ｑｄも同様の考え方で設定すればよい。
【００７３】
以上のようにして、衛星信号の搬送波位相を利用して測位するときに、各受信機で独立し、さらに各衛星で独立して、受信した信号に含まれるマルチパス雑音とサイクルスリップを検出できる。
【００７４】
また、整数値アンビギュイティ値を解決することなくマルチパス雑音の大きさを検出することができる。
【００７５】
なお、この測位方法は、１台の受信機で時刻の異なった２点で観測した搬送波位相を用い、当該２点間で行なう相対測位に対しても同様に応用することができる。
【００７６】
また、この測位方法では、ＧＰＳのＬ１周波数とＬ２周波数を用いているが、ここで用いる２つの周波数は、ＧＰＳのＬ１周波数とＬ２周波数に限られるものではなく、将来打ち上げられる衛星から放送が計画されているＬ５周波数を利用して、Ｌ１周波数とＬ５周波数の組み合わせ、あるいは、Ｌ５周波数の組み合わせでも、同様の効果を得ることが出来る。
【００７７】
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、同様の効果を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施の形態である雑音検出装置の電気的な接続のブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態である測位装置の電気的な接続のブロック図である。
【図３】Ｌ１信号のマルチパス成分とＬ２信号のマルチパス成分の差の大きさの行路差による変動について説明するグラフである。
【図４】移動体の移動によるＧＰＳ衛星信号の行路差の変化について説明する説明図である。
【図５】ＧＰＳ衛星信号のＬ１信号とＬ２信号の移動体における受信について説明する説明図である。
【図６】一重位相差と基線ベクトルとの関係について説明する説明図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 雑音検出装置
２ アンテナ
２１ 測位装置
２４ アンテナ
３１ 基準局
３２ アンテナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナと、
前記アンテナにより互いに周波数の異なる第１の信号及び第２の信号を各衛星からそれぞれ受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した各衛星からの前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相を測定する搬送波位相測定手段と、
前記搬送波位相測定手段で測定した各衛星からの前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相であって互いに異なる時刻である第１の時刻及び第２の時刻に測定したものをそれぞれ記憶する記憶手段と、
前記記憶手段で記憶した第１の時刻及び第２の時刻における前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相測定値にそれぞれ当該信号の波長を乗算する乗算手段と、
前記乗算手段で波長を乗算した前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相測定値のそれぞれについて前記第１の時刻の値と前記第２の時刻の値との差を求める第１の減算手段と、
前記第１の減算手段で求めた前記第１の信号の搬送波位相測定値の差信号と前記第２の信号の搬送波位相測定値の差信号との差を求める第２の減算手段と、
前記第２の減算手段で求めた差信号の強度に基づく値を所定の基準値と比較する比較手段と、
を備えている雑音検出装置。
【請求項２】
アンテナと、
前記アンテナにより互いに周波数の異なる第１の信号及び第２の信号を各衛星からそれぞれ受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した各衛星からの前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相を測定する搬送波位相測定手段と、
前記搬送波位相測定手段で測定した各衛星からの前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相であって互いに異なる時刻である第１の時刻及び第２の時刻に測定したものをそれぞれ記憶する記憶手段と、
前記記憶手段で記憶した第１の時刻及び第２の時刻における前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相測定値にそれぞれ当該信号の波長を乗算する乗算手段と、
前記乗算手段で波長を乗算した前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相測定値のそれぞれについて前記第１の時刻の値と前記第２の時刻の値との差を求める第１の減算手段と、
前記第１の減算手段で求めた前記第１の信号の搬送波位相測定値の差信号と前記第２の信号の搬送波位相測定値の差信号との差を求める第２の減算手段と、
前記第２の減算手段で求めた差信号の強度に基づく値を所定の基準値と比較する比較手段と、
前記比較手段による比較の結果に基づいて前記各衛星から受信した信号に対して選別及び重み付けの少なくとも一方を行う選別・重み付け手段と、
前記選別・重み付け手段により選別及び重み付けの少なくとも一方を行なった後の前記各衛星の受信信号を用いて測位を行う測位手段と、
を備えている測位装置。
【請求項１】
アンテナと、
前記アンテナにより互いに周波数の異なる第１の信号及び第２の信号を各衛星からそれぞれ受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した各衛星からの前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相を測定する搬送波位相測定手段と、
前記搬送波位相測定手段で測定した各衛星からの前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相であって互いに異なる時刻である第１の時刻及び第２の時刻に測定したものをそれぞれ記憶する記憶手段と、
前記記憶手段で記憶した第１の時刻及び第２の時刻における前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相測定値にそれぞれ当該信号の波長を乗算する乗算手段と、
前記乗算手段で波長を乗算した前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相測定値のそれぞれについて前記第１の時刻の値と前記第２の時刻の値との差を求める第１の減算手段と、
前記第１の減算手段で求めた前記第１の信号の搬送波位相測定値の差信号と前記第２の信号の搬送波位相測定値の差信号との差を求める第２の減算手段と、
前記第２の減算手段で求めた差信号の強度に基づく値を所定の基準値と比較する比較手段と、
を備えている雑音検出装置。
【請求項２】
アンテナと、
前記アンテナにより互いに周波数の異なる第１の信号及び第２の信号を各衛星からそれぞれ受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した各衛星からの前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相を測定する搬送波位相測定手段と、
前記搬送波位相測定手段で測定した各衛星からの前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相であって互いに異なる時刻である第１の時刻及び第２の時刻に測定したものをそれぞれ記憶する記憶手段と、
前記記憶手段で記憶した第１の時刻及び第２の時刻における前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相測定値にそれぞれ当該信号の波長を乗算する乗算手段と、
前記乗算手段で波長を乗算した前記第１の信号及び第２の信号の搬送波位相測定値のそれぞれについて前記第１の時刻の値と前記第２の時刻の値との差を求める第１の減算手段と、
前記第１の減算手段で求めた前記第１の信号の搬送波位相測定値の差信号と前記第２の信号の搬送波位相測定値の差信号との差を求める第２の減算手段と、
前記第２の減算手段で求めた差信号の強度に基づく値を所定の基準値と比較する比較手段と、
前記比較手段による比較の結果に基づいて前記各衛星から受信した信号に対して選別及び重み付けの少なくとも一方を行う選別・重み付け手段と、
前記選別・重み付け手段により選別及び重み付けの少なくとも一方を行なった後の前記各衛星の受信信号を用いて測位を行う測位手段と、
を備えている測位装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−６３４７９（Ｐ２００９−６３４７９Ａ）
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３２５８４（Ｐ２００７−２３２５８４）
【出願日】平成１９年９月７日（２００７．９．７）
【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２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月７日（２００７．９．７）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
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