ＧＰＳ測位装置及びＧＰＳ測位方法
【課題】ＧＰＳ受信機側に新旧の衛星情報が混在する場合であっても、適切な測位演算が可能なＧＰＳ測位装置及び測位方法を提供することを目的とする。
【解決手段】複数のＧＰＳ衛星から定期的に受信した前記複数のＧＰＳ衛星の各々の最新の衛星情報を記憶する衛星情報記憶手段と、前記衛星情報記憶手段により記憶された前記複数のＧＰＳ衛星の各々の最新の衛星情報に、最新の衛星情報と最新ではない前回受信時の衛星情報が混在して記憶されているか否かを判断する新旧混在判断手段と、前記新旧混在判断手段による判断結果に応じて、当該ＧＰＳ測位装置の位置座標を測位演算する測位演算手段とを有することを特徴とするＧＰＳ測位装置。
【解決手段】複数のＧＰＳ衛星から定期的に受信した前記複数のＧＰＳ衛星の各々の最新の衛星情報を記憶する衛星情報記憶手段と、前記衛星情報記憶手段により記憶された前記複数のＧＰＳ衛星の各々の最新の衛星情報に、最新の衛星情報と最新ではない前回受信時の衛星情報が混在して記憶されているか否かを判断する新旧混在判断手段と、前記新旧混在判断手段による判断結果に応じて、当該ＧＰＳ測位装置の位置座標を測位演算する測位演算手段とを有することを特徴とするＧＰＳ測位装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳ測位装置及びＧＰＳ測位方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いて車両等の現在位置を測定するＧＰＳ測位が広く利用されている。ＧＰＳ測位とは、車両等に搭載されたＧＰＳ受信機がＧＰＳ衛星から発信された電波を受信し、電波を受信した時刻と電波が発信された時刻との時間差や搬送波に基づいて、当該車両等の現在位置を測定するものである。
【０００３】
このＧＰＳ測位の一手法である干渉測位では、ＧＰＳ受信機は複数のＧＰＳ衛星から受信した搬送波の位相から現在位置を算出するが、このとき整数値バイアスとよばれる値を確定する必要がある。
【０００４】
従来、このような整数値バイアスの確定に係る技術として、例えば特許文献１及び２には、過去の計測データを用いて所定の時刻における整数値バイアスを推定する技術が開示されている。また、特許文献３には、所定の時刻において整数値バイアスが確定しているかを判定する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００５―１６４３９５号公報
【特許文献２】特開２００６―３２０８号公報
【特許文献３】特開２００３―２７０３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＧＰＳ測位では、ＧＰＳ衛星は自身の軌道情報等を搬送波に乗せてＧＰＳ受信機に対して送信しているが（以下、ＧＰＳ衛星がＧＰＳ受信機に対して送信する測位用の情報を「衛星情報（航法メッセージを含む）」とする。）、ＧＰＳ衛星における衛星情報は２時間毎に地上の監視局により更新されている。そのため、ＧＰＳ受信機側では、このようにして更新されるＧＰＳ衛星の最新の衛星情報を受信する必要がある。しかしながら、上記の更新は全てのＧＰＳ衛星においてほぼ同時に行われているため、ＧＰＳ受信機側の性能によっては全てのＧＰＳ衛星の衛星情報を受信しようとすると処理負荷が大きく一斉に受信しきれないことがある。
【０００６】
そのため、ＧＰＳ受信機側では更新前の衛星情報と更新後の衛星情報の新旧の衛星情報が混在してしまうことになり、ＧＰＳ衛星の位置座標の精度にバラつきが生じ、測位演算に悪影響が生じるという問題があった。また、上記の整数値バイアスについても適切に確定できなかった。
【０００７】
具体的には、例えば干渉測位の一手法であるＲＴＫ（Real Time Kinematics）測位においてはＦｉｘ率（正確に整数値バイアスを確定できている時間帯が全測位中に何％あるか）の低下が発生していた。また、単独測位などにおいても測位の不連続性（バラつき）が発生したりしていた。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みて、この問題を解決するために発明されたものであり、ＧＰＳ受信機側に新旧の衛星情報が混在する場合であっても、適切な測位演算が可能なＧＰＳ測位装置及び測位方法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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明におけるＧＰＳ測位装置は、複数のＧＰＳ衛星から定期的に受信した前記複数のＧＰＳ衛星の各々の最新の衛星情報を記憶する衛星情報記憶手段と、前記衛星情報記憶手段により記憶された前記複数のＧＰＳ衛星の各々の最新の衛星情報に、最新の衛星情報と最新ではない前回受信時の衛星情報が混在して記憶されているか否かを判断する新旧混在判断手段と、前記新旧混在判断手段による判断結果に応じて、当該ＧＰＳ測位装置の位置座標を測位演算する測位演算手段とを有するように構成することができる。
【００１０】
また、上記の目的を達成するために、本発明における前記測位演算手段は、前記新旧混在判断手段により最新の衛星情報と最新ではない前回受信時の衛星情報が混在して記憶されていると判断された場合、該最新の衛星情報から求められる衛星座標と前回受信時の対応する衛星情報から求められる衛星座標との変化量に応じて、分散重みを付与することにより、当該ＧＰＳ測位装置の位置座標を測位演算するように構成することができる。
【００１１】
また、上記の目的を達成するために、本発明における前記測位演算手段は、前記新旧混在判断手段により最新の衛星情報と最新ではない前回受信時の衛星情報が混在して記憶されていると判断された場合、該最新の衛星情報から求められる衛星座標と予め算出された前回受信時の対応する衛星座標との変化量に応じて、分散重みを付与することにより、当該ＧＰＳ測位装置の位置座標を測位演算するように構成することができる。
【００１２】
また、上記の目的を達成するために、本発明におけるＧＰＳ測位方法は、複数のＧＰＳ衛星から定期的に受信した前記複数のＧＰＳ衛星の各々の最新の衛星情報を記憶する衛星情報記憶部を備えたＧＰＳ測位装置におけるＧＰＳ測位方法であって、前記衛星情報記憶部により記憶された前記複数のＧＰＳ衛星の各々の最新の衛星情報に、最新の衛星情報と最新ではない前回受信時の衛星情報が混在して記憶されているか否かを判断する新旧混在判断段階と、前記新旧混在判断段階における判断結果に応じて、当該ＧＰＳ測位装置の位置座標を測位演算する測位演算段階とを有するように構成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ＧＰＳ受信機側に新旧の衛星情報が混在する場合であっても、適切な測位演算が可能なＧＰＳ測位装置及びＧＰＳ測位方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面に基づき説明を行う。
【００１５】
［実施の形態］
（システム構成）
図１は、本実施形態におけるＧＰＳ測位システム構成の第一の例を示す図である。図１に示すＧＰＳ測位システムは、本発明をＲＴＫ測位に適用した場合を示している。なお、ＲＴＫ測位に限らず、その他のＧＰＳ測位方法に適用してよいものとする。
【００１６】
図１において、ＧＰＳ測位システムは、地球周りを周回する複数のＧＰＳ衛星１０ａ、１０ｂ（以降、「ＧＰＳ衛星１０」と総称する）、地球上に位置し地球上を移動しうる移動局２０、地球上の所定位置（既知点）に設置される固定型の基準局３０とから構成される。
【００１７】
ＧＰＳ衛星１０は、衛星情報を地球に向けて常時放送する。衛星情報とは、ＧＰＳ衛星１０自身の軌道情報、時計の補正情報等の航法メッセージ等のデータである。このような衛星情報は、Ｃ／Ａコードにより拡散されＬ１（周波数：1575.42MHz）の周波数の搬送波に乗せられて地球に向けて常時放送される。また、各々のＧＰＳ衛星１０では、この衛星情報は２時間毎に地上の監視局により更新されている。
【００１８】
なお、現在、２４個のＧＰＳ衛星１０が高度約２万kmの上空で地球を一周しており、各４個のＧＰＳ衛星１０が５５度ずつ傾いた６つの地球周回軌道面に均等に配置されている。従って、天空が開けている場所であれば、地球上のどの場所にいても、常時、少なくとも５個以上のＧＰＳ衛星１０が観測可能である。
【００１９】
移動局２０は、ＧＰＳ受信部２１０、測位演算部２２０、衛星情報記憶部２３０、通信部２４０等を備える。
【００２０】
ＧＰＳ受信部２１０は、アンテナ部２１を介して前記のＧＰＳ衛星１０から衛星情報を乗せた搬送波を受信する、例えば搬送波位相の処理・記録積算回路を有する搬送波位相式のＧＰＳ受信機である。具体的には、ＧＰＳ衛星１０から電波を受信し、受信した電波を中間周波数に変換後、ＧＰＳ受信部２１０内で発生させたＣ／Ａコードを用いてＣ／Ａコード同期を行うことにより搬送波から衛星情報を取得する。
【００２１】
測位演算部２２０は、ＧＰＳ受信部２１０により取得した衛星情報等に基づき、当該移動局２０の現在位置等を測位演算する、例えばマイクロコンピュータである。また、本実施形態においては、当該移動局２０の現在位置等の測位演算を行う際、衛星情報記憶部２３０に記憶されたＧＰＳ衛星１０の新旧の衛星情報等を用いて以下の動作例で示すような測位演算処理を行う。なお、測位演算部２２０が行う測位演算処理は、ＧＰＳ受信部２１０が行ってもよいものとする。
【００２２】
衛星情報記憶部２３０は、ＧＰＳ受信部２１０により取得したＧＰＳ衛星１０の衛星情報を記憶する、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）又はＨＤＤ等の記憶装置である。衛星情報記憶部２３０により記憶される衛星情報の一例について図２を用いて説明する。
【００２３】
図２は、衛星情報記憶部２３０に記憶される衛星情報の一例を示す図である。図２では、上段にＧＰＳ受信部２１０が受信する最新の衛星情報（例えば時刻T=kのときＧＰＳ衛星１０ａ〜１０ｃの最新の衛星情報）を、下段に衛星情報記憶部２３０に記憶される衛星情報が更新される様子を時系列に示している。なお、時刻Ｔ＝k,k+1,k+2,k+3の各々の間隔は、ＧＰＳ受信部２１０がＧＰＳ衛星１０から衛星情報を取得する際のサンプリング時間を示している。
【００２４】
前述のように、ＧＰＳ衛星１０における衛星情報は２時間毎に地上の監視局により更新されている。図１のＧＰＳ受信部２１０は、このように定期的に更新された衛星情報（即ち、最新の衛星情報）をＧＰＳ衛星１０から取得する。しかし、ＧＰＳ受信部２１０が衛星情報を取得する際のサンプリング時間が短い場合には、全部のＧＰＳ衛星１０の衛星情報を一度に取得しきれない。そのため、図２に示すようにＧＰＳ受信部２１０はＧＰＳ衛星１０から衛星情報を段階的に取得する。
【００２５】
図２の時刻Ｔ＝kにおいて、ＧＰＳ受信部２１０はＧＰＳ衛星１０ａ〜１０ｃの３個の最新の衛星情報を取得している。また、取得した３個の最新の衛星情報は、衛星情報記憶部２３０に記憶される。これにより、衛星情報記憶部２３０に記憶された衛星情報のうちのＧＰＳ衛星１０ａ〜１０ｃの３個については、最新の衛星情報に更新される。なお、ＧＰＳ衛星１０ｄ〜１０ｇについては、古い（前回取得した）衛星情報が記憶されている。以降、測位演算部２２０は、衛星情報等に基づき当該移動局２０の現在位置等を測位演算する等の演算を行う。
【００２６】
続いて時刻Ｔ＝k+1において、ＧＰＳ受信部２１０はＧＰＳ衛星１０ｄ〜１０ｆの３個の最新の衛星情報を取得している。また、取得した３個の最新の衛星情報は、衛星情報記憶部２３０に記憶される。これにより、衛星情報記憶部２３０に記憶された衛星情報のうちのＧＰＳ衛星１０ａ〜１０ｆの６個については、最新の衛星情報に更新される。なお、ＧＰＳ衛星１０ｇについては、古い（前回取得した）衛星情報が記憶されている。以降、測位演算部２２０は、衛星情報等に基づき当該移動局２０の現在位置等を測位演算する等の演算を行う。
【００２７】
続いて時刻Ｔ＝k+2において、ＧＰＳ受信部２１０はＧＰＳ衛星１０ｇの１個の最新の衛星情報を取得している。また、取得した１個の最新の衛星情報は、衛星情報記憶部２３０に記憶される。これにより、衛星情報記憶部２３０に記憶された衛星情報の全てが最新の衛星情報に更新される。以降、測位演算部２２０は、衛星情報等に基づき当該移動局２０の現在位置等を測位演算する等の演算を行う。
【００２８】
以上のように、ＧＰＳ受信部２１０はＧＰＳ衛星１０から衛星情報を段階的に取得している。そのため、例えば図２の時刻T=k,k+1のように、ＧＰＳ受信部２１０側では更新前の衛星情報と更新後の衛星情報の新旧の衛星情報が混在する場合が生じる。
【００２９】
図３は、新旧の衛星情報が混在した状況を説明するための図である。図３では、新旧の衛星情報が混在していない場合（全てが古い衛星情報である場合（図３（ａ））、新旧の衛星情報が混在する場合（図３（ｂ））における、各々の当該移動局２０の速度ベクトルの算出値（破線）及び真値（実線）を示している。
【００３０】
図３（ａ）では、全部古い衛星情報ではあるもののばらつきが一定であるために推定精度が高い。図３（ｂ）では、新しい衛星情報を用いてはいるものの新旧の衛星情報が混在しているためばらつきが一定でないために精度がよくない。新旧の衛星情報では、座標値が数ｍ変動する場合もある。またＧＰＳ衛星１０毎にその変動幅（＋、―どちら方向の誤差も含む）は異なっている。
【００３１】
このように、新旧の衛星情報のばらつきの違いにより誤差が拡大する場合がある。これは、当該移動局２０の速度ベクトルの算出において衛星情報の新旧が適切に考慮されていないためである。従来、例えばＧＰＳ衛星１０の仰角に応じた重み付けなどはあるが、新旧の衛星情報の精度の違いを考慮した演算になっておらず、精度が低下する可能性がある。そこで、本実施形態では、前述の測位演算部２２０が、このような新旧の衛星情報の精度の違いを考慮した測位演算を行う。後述の動作例にてより詳細に説明を行う。
【００３２】
図１に戻り、通信部２４０は、受信アンテナ２２を介して基準局３０から電波を受信する。受信する電波には、基準局３０自身がＧＰＳ衛星１０から受信した衛星情報に基づいて単独測位を行って得られた搬送波位相に係る情報等が含まれる。
【００３３】
以上のシステム構成により、本実施形態におけるＧＰＳ測位システムでは、移動局２０は、当該移動局２０の現在位置等をＲＴＫ測位する。
【００３４】
（ＲＴＫ測位における整数値バイアスの確定方法の一例）
続いて、本実施形態に係るＧＰＳ測位（ＲＴＫ測位）の動作例の説明に先立ち、ＲＴＫ測位においては整数値バイアスという値が確定されるが、整数値バイアスの確定方法の一例を以下に示す。なお、従来、整数値バイアスの確定方法については様々な提案がなされている。本発明は、以下に例示する整数値バイアスの確定方法に限らず、その他の整数値バイアスの確定方法に適用可能であるものとする。
【００３５】
図１の移動局２０は、各ＧＰＳ衛星１０からの搬送波に基づいて、搬送波位相の位相積算値Φiuを計測する。なお、位相積算値Φiuについて、添え字i(=ａ,ｂ,・・・)は、各ＧＰＳ１０iに割り当てられた番号を示し、添え字uは移動局２０側での積算値であることを示す。位相積算値Φiuは、次式に示すように、搬送波受信時刻tでの衛星信号発生時の搬送波位相Θiu(t−γ)との差として得られる。
Φiu(t)=Θiu(t)−Θiu(t−tγ)＋Ｎiu＋εiu(t)・・・式（１）
ここで、ｔγは、ＧＰＳ衛星１０からＧＰＳ受信部２１０までのトラベル時間を示し、εiuはノイズ（誤差）を表す。なお、位相差の観測開始時点では、ＧＰＳ受信部２１０は、搬送波位相の１波長内の位相を正確に測定できるが、それが何波長目に相当するかを確定できない。このため、位相積算値Φiu(t)には、上式に示すように、不確定な要素として整数値バイアスＮiuが導入される。
【００３６】
このとき、基準局３０は、移動局２０と同様に、各ＧＰＳ衛星１０からの搬送波に基づいて、次式に示すように、時刻tにおける搬送波位相の積算値Φib(t)を計測する。
Φib(t)=Θib(t)−Θib(t-tb)＋Nib＋εib(t)・・・式（２）
なお、Nibは、整数値バイアスを示し、εibはノイズ（誤差）を表す。また、位相積算値Φibについて、添え字bは基準局３０側での積算値であることを示す。基準局３０は、計測したＣ／Ａコードのσib、位相積算値Φibを送信アンテナ３１を介して移動局２０に送信する。
【００３７】
このとき、移動局２０は、自身が計測したＣ／Ａコードのσiu、Ｃ／Ａコードのσib、位相積算値Φiu(t)及びΦib(t)を用いて、整数値バイアスを推定する。具体的には、例えば時刻tにおける２つのＧＰＳ衛星１０j、１０h（i=j,h但しj≠h）に関するＣ／Ａコード、位相積算値の２重位相差σjhbu、Φjhbuは、次式となる。
σjhbu=（σjb−σju）―（σhb−σhu）・・・式（３）
Φjhbu=（Φjb(t)−Φju(t)）−（Φhb(t)−Φhu(t)）・・・式（４）
一方、Ｃ／Ａコード、位相積算値の２重位相差であるσjhbu、Φjhbuは、（ＧＰＳ衛星１０とＧＰＳ受信機２１０若しくは基準局３０との距離）＝（搬送波の波長Ｌ）×（位相積算値）という物理的な意味合いから、次のようになる。
【００３８】
【数１】
ここで、式（５）、（６）における［Xb(t),Yb(t),Zb(t)］は、時刻tにおける基準局３０のワールド座標系における座標値（既知）であり、［Xu(t),Yu(t),Zu(t)］は、時刻tにおける移動局２０の座標値（未知）であり、［Xj(t),Yj(t),Zj(t)］及び[Xh(t),Yh(t),Zh(t)]は、時刻tにおける各ＧＰＳ衛星１０j,１０hの座標値である。Ｎjhbuは、整数値バイアスの２重位相差である（即ち、Njhbu=(Njb−Nju)−（Nhb−Nhu））。
【００３９】
測位演算部２２０は、異なる４個以上の組み合わせＧＰＳ衛星１０j、１０ｈに対して、式（４）により各２重位相差Φjhbuを算出し、式（６）の関係式を導出する。例えば、５つのＧＰＳ衛星１０ａ〜１０ｅが観測可能な状況下では、ＧＰＳ衛星１０ａを参照衛星として、Φ12bu,Φ13bu,Φ14bu，Φ15buに対する上記算出が実行される。
【００４０】
このようにして、受信開始時刻から所定周期毎に、各時刻における２重位相差Φjhbuを算出し（例えば、周知のカルマンフィルタや最小２乗法等の推定技術を用いて）、LAMBDA法等により整数値バイアスＮjhbuを確定する。整数値バイアスＮjhbuが確定されると、以降、周知の干渉測位方法により、正確な移動局２０の座標値が算出可能となる。
【００４１】
ここで、上記のεjhbuの分散の算出を最小２乗法の技術を用いて行う場合、εjhbuの目標値をＸとすると、２乗和ｆ（＝w1(ε12bu−Ｘ)2＋w2(ε13bu−Ｘ)2＋w3(ε14bu−Ｘ)2＋w4(ε15bu−Ｘ)2）が最小にするように分散の値を設定する。ここでw1〜4は、重みであり、通常、誤差分散σ2に反比例するようにつけられる（即ち、wi=1／σi2）。本実施形態では、新旧の衛星情報の精度の違いを考慮して上記の重みwiを付与するものである。
【００４２】
（動作例１）
図４は、本実施形態におけるＧＰＳ測位に係る第１の動作例を示すフローチャートである。ここでは、図１の移動局２０がＧＰＳ衛星１０から衛星情報を受信し、衛星情報記憶部２３０に記憶された衛星情報を更新するとき、新旧の衛星情報が混在する場合に整数値バイアスを確定して当該ＧＰＳ測位装置の位置座標を測位演算する動作を例に説明を行う。
【００４３】
まず、所定の時刻（ここではＴ＝k）において、衛星情報の更新処理を行う（Ｓ１）。ステップＳ１では、ＧＰＳ受信部２１０はアンテナ部２１を介してＧＰＳ衛星１０から衛星情報を取得する。例えば図２の時刻Ｔ＝kの場合、ＧＰＳ受信部２１０はＧＰＳ衛星１０ａ〜１０ｃの３個の衛星情報を取得する。また、測位演算部２２０は、ＧＰＳ受信部２１０により取得した衛星情報を基に、衛星情報記憶部２３０により記憶されたＧＰＳ衛星１０ａ〜ｃの衛星情報を更新する。
【００４４】
ステップＳ２へ移って、新旧の衛星情報が混在しているか否かを判断する（Ｓ２）。ここでは、測位演算部２２０は、衛星情報記憶部２３０により記憶された衛星情報を参照して新旧の衛星情報が混在しているか否かを判断する。これにより、後に行う整数値バイアスの確定に際して使用する衛星情報を選択している。例えば図２の時刻Ｔ＝kの場合、ＧＰＳ衛星１０ａ〜１０ｃの３個の最新の衛星情報とＧＰＳ衛星１０ｄ〜１０ｇの古い（前回取得した）衛星情報とが混在しているため、ステップＳ２からステップＳ４へ移る。
【００４５】
ステップＳ２において、新旧の衛星情報が混在していない場合（Ｓ２、ＹＥＳ）、ステップＳ３へ移り、古い衛星情報で測位演算する（Ｓ３）。ここでは、測位演算部２２０は、古い衛星情報（ここでは、前回取得した衛星情報）を用いて行う。なお、新しい衛星情報を用いないようにする。
【００４６】
ステップＳ２において、新旧の衛星情報が混在している場合（Ｓ２、ＮＯ）、ステップＳ４へ移って、前回の更新処理時に整数値バイアスが確定したか否かを判断する（Ｓ４）。
【００４７】
ステップＳ４においてＹＥＳの場合、つまり前回の衛星情報の更新処理時に整数値バイアスが確定している場合（Ｓ４、ＹＥＳ）、ステップＳ３へ移り、古い演算データ（ここでは、前回の衛星情報の更新処理時に確定していた整数値バイアス）を用いて測位演算する（Ｓ３）。
【００４８】
ステップＳ４においてＮＯの場合、つまり前回の更新処理時に整数値バイアスが確定していない場合（Ｓ４、ＮＯ）、ステップＳ５へ移り、分散変更して測位演算する（Ｓ５）。ここでは、測位演算部２２０は、整数値バイアスの確定に際して分散変更を行う。整数値バイアスの確定に際しては、前述のＲＴＫ測位における整数値バイアスの確定方法の一例において説明したようにノイズ（誤差）εjhbuの分散を求める必要があるが、この分散値を変更する。より詳細に図５を用いて説明する。
【００４９】
図５は、ＧＰＳ測位演算における分散変更を説明するための図である。具体的には、測位演算部２２０は、同一のＧＰＳ衛星１０から取得した新旧の衛星情報を基に、衛星座標をそれぞれ計算し、両座標値から座標変化量（距離）を導出する。導出方法については既知であるとしてここでは説明を省略する。そうすると、図５に示すように、例えばＧＰＳ１０ａについては、古い（前回取得した）衛星情報の座標値と最新の衛星情報の座標値との座標変化量（σ1）が導出される。このとき、導出された座標変化量に分散が比例するものとして重み（例えばk×(１／σ1)、k：比例定数）を決定してノイズ（誤差）εjhbuの分散を変更する。変更された分散値に基づき整数値バイアスを確定して当該ＧＰＳ測位装置の位置座標の測位演算を行う。
【００５０】
以上に示される処理により、図１の移動局２０がＧＰＳ衛星１０から衛星情報を受信し、衛星情報記憶部２３０に記憶された衛星情報を更新するとき、新旧の衛星情報が混在する場合に整数値バイアスを確定して当該ＧＰＳ測位装置の位置座標を測位演算する動作を行う。
【００５１】
このように、ＧＰＳ衛星１０の衛星情報の更新時において、新旧の衛星情報が混在する状況では、過去の衛星情報を利用して演算している。そのため、衛星座標の精度を向上させることができる。また、測位精度の向上に加え、信頼性の向上、フェールセーフとしての利点も得られる。
【００５２】
なお、ステップＳ５においては、分散が導出された座標変化量に比例するものとして重みを決定したが、比例関係ではなく予め設定された所定の座標変化量の閾値によって段階的に決定してもよい。つまり、例えば座標変化量が所定の座標変化量の閾値より大である場合には分散値はＡに設定し小である場合には分散値をＢに設定する等による決定である。
【００５３】
また、ステップＳ５において、予め前回の整数値バイアスの確定時に各ＧＰＳ衛星１０の座標真値を逆算しておき、（新旧の変化量ではなく）逆算した座標真値と各ＧＰＳ衛星１０から取得した最新の衛星情報に基づく衛星座標値から座標変換量を求めることにより、より精密な誤差量から重みを導出するように構成することもできる。また、ステップＳ４においては、その直前に整数値バイアスが確定していたかどうかで、使用する衛星情報を選択するように構成することもできる。
【００５４】
（動作例２）
図６は、本実施形態におけるＧＰＳ測位に係る第２の動作例を示すフローチャートである。前述の動作例１では、図１の移動局２０がＧＰＳ衛星１０から衛星情報を受信し、衛星情報記憶部２３０に記憶された衛星情報を更新するとき、新旧の衛星情報が混在する場合に整数値バイアスを確定する動作について説明を行った。
【００５５】
ここでは、動作例１（図５）のステップＳ４において、新旧の衛星情報が混在する場合であっても、精度がよいと判定される衛星情報が４以上ある場合、つまり４以上の衛星情報が最新の衛星情報に更新されている場合の動作について説明を行う。なお、図６におけるステップＳ１１〜Ｓ１３に係る処理は、図４におけるステップＳ１〜Ｓ３に係る処理と同様であるとしてここでは説明を省略する。
【００５６】
ステップＳ１５へ移った場合、即ちステップＳ１４において前回の更新処理時に整数値バイアスが確定していない場合、新しい（最新の）衛星情報が４以上あるか否かを判断する（Ｓ１５）。ここでは、測位演算部２２０は、衛星情報記憶部２３０により記憶されたＧＰＳ衛星１０の衛星情報のうち、新しい衛星情報が４以上あるか否かを該衛星情報に対応付けられた更新時刻情報等に基づいて判断する。
【００５７】
ステップＳ１５においてＹＥＳの場合、つまり新しい衛星情報が４以上ある場合（Ｓ１５、ＹＥＳ）、ステップＳ１６へ移る。例えば図２の時刻Ｔ＝k＋１の場合、ＧＰＳ衛星１０ａ〜１０fの６個（４以上）の最新の衛星情報とＧＰＳ衛星１０ｇの古い（前回取得した）衛星情報とが混在しており、ステップＳ１５からステップＳ１６へ移る。
【００５８】
ステップＳ１６へ移った場合、新しい衛星情報を使用して測位演算を行う（Ｓ１６）。ここでは、測位演算部２２０は、衛星情報記憶部２３０に記憶された衛星情報のうちステップＳ１５で新しい衛星情報であると判断された４以上の衛星情報を用いて測位演算を行う。
これは、通常、ＧＰＳ測位においては４以上の衛星情報から測位演算を行うことが可能であるためである。
【００５９】
ステップＳ１５においてＮＯの場合、つまり新しい衛星情報が４未満の場合（Ｓ１５、ＮＯ）、ステップＳ１７へ移る。例えば図２の時刻Ｔ＝kの場合、ＧＰＳ衛星１０ａ〜１０ｃの３個（４未満）の最新の衛星情報とＧＰＳ衛星１０ｄ〜１０ｇの古い（前回取得した）衛星情報とが混在しており、ステップＳ１５からステップＳ１７へ移る。
【００６０】
ステップＳ１７へ移った場合、分散変更して演算を行う（Ｓ１７）。なお、ステップＳ１７に係る処理は図４のステップＳ５と同様であるとしてここでは説明を省略する。
【００６１】
以上に示される処理により、図１の移動局２０がＧＰＳ衛星１０から衛星情報を受信し、衛星情報記憶部２３０に記憶された衛星情報を更新するとき、新旧の衛星情報が混在する場合であっても、精度がよいと判定される衛星情報が４以上ある場合、つまり４以上の衛星情報が最新の衛星情報に更新されている場合の動作を行う。そのため、前述の動作例１に加えて、さらに衛星座標の精度を向上させることができる。
【００６２】
（システム構成の別の例）
図７は、本実施形態におけるＧＰＳ測位システム構成の第二の例を示す図である。図１に示すＧＰＳ測位システムは、本発明を単独測位に適用した場合を示している。
【００６３】
図７において、ＧＰＳ測位システムは、地球周りを周回する複数のＧＰＳ衛星１０ａ、１０ｂ（以降、「ＧＰＳ衛星１０」と総称する）、地球上に位置し地球上を移動しうる移動局２０とから構成される。
【００６４】
図７における各構成要素については、それぞれ図１における各構成要素と同様であるとしてここでは説明を省略する。なお、測位演算部２２０について補足説明する。
【００６５】
測位演算部２２０は、ＧＰＳ受信部２１０により取得した４以上の衛星情報等に基づき、当該移動局２０の現在位置等を測位演算する、例えばマイクロコンピュータである。通常、単独測位では、測位演算に４以上の衛星情報を用いる。そのため、測位演算部２２０は、前述の図６のステップＳ１５〜Ｓ１７のような処理を行うことにより、ＧＰＳ受信機２１０側に新旧の衛星情報が混在する場合であっても、適切な測位演算が可能になる。
【００６６】
以上、実施の形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施の形態にあげたその他の要素との組み合わせなど、ここで示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施形態におけるＧＰＳ測位システム構成の第一の例を示す図である。
【図２】衛星情報記憶部２３０に記憶される衛星情報の一例を示す図である。
【図３】新旧の衛星情報が混在した状況を説明するための図である。
【図４】本実施形態におけるＧＰＳ測位演算の第一の例を示すフローチャートである。
【図５】ＧＰＳ測位演算における分散変更を説明するための図である。
【図６】本実施形態におけるＧＰＳ測位演算の第二の例を示すフローチャートである。
【図７】本実施形態におけるＧＰＳ測位システム構成の第二の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０，１０ａ，１０ｂ ＧＰＳ衛星
２０ 移動局
２１ アンテナ部
２２ 受信アンテナ
２１０ ＧＰＳ受信部
２２０ 測位演算部
２３０ 衛星情報記憶部
２４０ 通信部
３０ 基準局
３１ 送信アンテナ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳ測位装置及びＧＰＳ測位方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いて車両等の現在位置を測定するＧＰＳ測位が広く利用されている。ＧＰＳ測位とは、車両等に搭載されたＧＰＳ受信機がＧＰＳ衛星から発信された電波を受信し、電波を受信した時刻と電波が発信された時刻との時間差や搬送波に基づいて、当該車両等の現在位置を測定するものである。
【０００３】
このＧＰＳ測位の一手法である干渉測位では、ＧＰＳ受信機は複数のＧＰＳ衛星から受信した搬送波の位相から現在位置を算出するが、このとき整数値バイアスとよばれる値を確定する必要がある。
【０００４】
従来、このような整数値バイアスの確定に係る技術として、例えば特許文献１及び２には、過去の計測データを用いて所定の時刻における整数値バイアスを推定する技術が開示されている。また、特許文献３には、所定の時刻において整数値バイアスが確定しているかを判定する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００５―１６４３９５号公報
【特許文献２】特開２００６―３２０８号公報
【特許文献３】特開２００３―２７０３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＧＰＳ測位では、ＧＰＳ衛星は自身の軌道情報等を搬送波に乗せてＧＰＳ受信機に対して送信しているが（以下、ＧＰＳ衛星がＧＰＳ受信機に対して送信する測位用の情報を「衛星情報（航法メッセージを含む）」とする。）、ＧＰＳ衛星における衛星情報は２時間毎に地上の監視局により更新されている。そのため、ＧＰＳ受信機側では、このようにして更新されるＧＰＳ衛星の最新の衛星情報を受信する必要がある。しかしながら、上記の更新は全てのＧＰＳ衛星においてほぼ同時に行われているため、ＧＰＳ受信機側の性能によっては全てのＧＰＳ衛星の衛星情報を受信しようとすると処理負荷が大きく一斉に受信しきれないことがある。
【０００６】
そのため、ＧＰＳ受信機側では更新前の衛星情報と更新後の衛星情報の新旧の衛星情報が混在してしまうことになり、ＧＰＳ衛星の位置座標の精度にバラつきが生じ、測位演算に悪影響が生じるという問題があった。また、上記の整数値バイアスについても適切に確定できなかった。
【０００７】
具体的には、例えば干渉測位の一手法であるＲＴＫ（Real Time Kinematics）測位においてはＦｉｘ率（正確に整数値バイアスを確定できている時間帯が全測位中に何％あるか）の低下が発生していた。また、単独測位などにおいても測位の不連続性（バラつき）が発生したりしていた。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みて、この問題を解決するために発明されたものであり、ＧＰＳ受信機側に新旧の衛星情報が混在する場合であっても、適切な測位演算が可能なＧＰＳ測位装置及び測位方法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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明におけるＧＰＳ測位装置は、複数のＧＰＳ衛星から定期的に受信した前記複数のＧＰＳ衛星の各々の最新の衛星情報を記憶する衛星情報記憶手段と、前記衛星情報記憶手段により記憶された前記複数のＧＰＳ衛星の各々の最新の衛星情報に、最新の衛星情報と最新ではない前回受信時の衛星情報が混在して記憶されているか否かを判断する新旧混在判断手段と、前記新旧混在判断手段による判断結果に応じて、当該ＧＰＳ測位装置の位置座標を測位演算する測位演算手段とを有するように構成することができる。
【００１０】
また、上記の目的を達成するために、本発明における前記測位演算手段は、前記新旧混在判断手段により最新の衛星情報と最新ではない前回受信時の衛星情報が混在して記憶されていると判断された場合、該最新の衛星情報から求められる衛星座標と前回受信時の対応する衛星情報から求められる衛星座標との変化量に応じて、分散重みを付与することにより、当該ＧＰＳ測位装置の位置座標を測位演算するように構成することができる。
【００１１】
また、上記の目的を達成するために、本発明における前記測位演算手段は、前記新旧混在判断手段により最新の衛星情報と最新ではない前回受信時の衛星情報が混在して記憶されていると判断された場合、該最新の衛星情報から求められる衛星座標と予め算出された前回受信時の対応する衛星座標との変化量に応じて、分散重みを付与することにより、当該ＧＰＳ測位装置の位置座標を測位演算するように構成することができる。
【００１２】
また、上記の目的を達成するために、本発明におけるＧＰＳ測位方法は、複数のＧＰＳ衛星から定期的に受信した前記複数のＧＰＳ衛星の各々の最新の衛星情報を記憶する衛星情報記憶部を備えたＧＰＳ測位装置におけるＧＰＳ測位方法であって、前記衛星情報記憶部により記憶された前記複数のＧＰＳ衛星の各々の最新の衛星情報に、最新の衛星情報と最新ではない前回受信時の衛星情報が混在して記憶されているか否かを判断する新旧混在判断段階と、前記新旧混在判断段階における判断結果に応じて、当該ＧＰＳ測位装置の位置座標を測位演算する測位演算段階とを有するように構成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ＧＰＳ受信機側に新旧の衛星情報が混在する場合であっても、適切な測位演算が可能なＧＰＳ測位装置及びＧＰＳ測位方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面に基づき説明を行う。
【００１５】
［実施の形態］
（システム構成）
図１は、本実施形態におけるＧＰＳ測位システム構成の第一の例を示す図である。図１に示すＧＰＳ測位システムは、本発明をＲＴＫ測位に適用した場合を示している。なお、ＲＴＫ測位に限らず、その他のＧＰＳ測位方法に適用してよいものとする。
【００１６】
図１において、ＧＰＳ測位システムは、地球周りを周回する複数のＧＰＳ衛星１０ａ、１０ｂ（以降、「ＧＰＳ衛星１０」と総称する）、地球上に位置し地球上を移動しうる移動局２０、地球上の所定位置（既知点）に設置される固定型の基準局３０とから構成される。
【００１７】
ＧＰＳ衛星１０は、衛星情報を地球に向けて常時放送する。衛星情報とは、ＧＰＳ衛星１０自身の軌道情報、時計の補正情報等の航法メッセージ等のデータである。このような衛星情報は、Ｃ／Ａコードにより拡散されＬ１（周波数：1575.42MHz）の周波数の搬送波に乗せられて地球に向けて常時放送される。また、各々のＧＰＳ衛星１０では、この衛星情報は２時間毎に地上の監視局により更新されている。
【００１８】
なお、現在、２４個のＧＰＳ衛星１０が高度約２万kmの上空で地球を一周しており、各４個のＧＰＳ衛星１０が５５度ずつ傾いた６つの地球周回軌道面に均等に配置されている。従って、天空が開けている場所であれば、地球上のどの場所にいても、常時、少なくとも５個以上のＧＰＳ衛星１０が観測可能である。
【００１９】
移動局２０は、ＧＰＳ受信部２１０、測位演算部２２０、衛星情報記憶部２３０、通信部２４０等を備える。
【００２０】
ＧＰＳ受信部２１０は、アンテナ部２１を介して前記のＧＰＳ衛星１０から衛星情報を乗せた搬送波を受信する、例えば搬送波位相の処理・記録積算回路を有する搬送波位相式のＧＰＳ受信機である。具体的には、ＧＰＳ衛星１０から電波を受信し、受信した電波を中間周波数に変換後、ＧＰＳ受信部２１０内で発生させたＣ／Ａコードを用いてＣ／Ａコード同期を行うことにより搬送波から衛星情報を取得する。
【００２１】
測位演算部２２０は、ＧＰＳ受信部２１０により取得した衛星情報等に基づき、当該移動局２０の現在位置等を測位演算する、例えばマイクロコンピュータである。また、本実施形態においては、当該移動局２０の現在位置等の測位演算を行う際、衛星情報記憶部２３０に記憶されたＧＰＳ衛星１０の新旧の衛星情報等を用いて以下の動作例で示すような測位演算処理を行う。なお、測位演算部２２０が行う測位演算処理は、ＧＰＳ受信部２１０が行ってもよいものとする。
【００２２】
衛星情報記憶部２３０は、ＧＰＳ受信部２１０により取得したＧＰＳ衛星１０の衛星情報を記憶する、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）又はＨＤＤ等の記憶装置である。衛星情報記憶部２３０により記憶される衛星情報の一例について図２を用いて説明する。
【００２３】
図２は、衛星情報記憶部２３０に記憶される衛星情報の一例を示す図である。図２では、上段にＧＰＳ受信部２１０が受信する最新の衛星情報（例えば時刻T=kのときＧＰＳ衛星１０ａ〜１０ｃの最新の衛星情報）を、下段に衛星情報記憶部２３０に記憶される衛星情報が更新される様子を時系列に示している。なお、時刻Ｔ＝k,k+1,k+2,k+3の各々の間隔は、ＧＰＳ受信部２１０がＧＰＳ衛星１０から衛星情報を取得する際のサンプリング時間を示している。
【００２４】
前述のように、ＧＰＳ衛星１０における衛星情報は２時間毎に地上の監視局により更新されている。図１のＧＰＳ受信部２１０は、このように定期的に更新された衛星情報（即ち、最新の衛星情報）をＧＰＳ衛星１０から取得する。しかし、ＧＰＳ受信部２１０が衛星情報を取得する際のサンプリング時間が短い場合には、全部のＧＰＳ衛星１０の衛星情報を一度に取得しきれない。そのため、図２に示すようにＧＰＳ受信部２１０はＧＰＳ衛星１０から衛星情報を段階的に取得する。
【００２５】
図２の時刻Ｔ＝kにおいて、ＧＰＳ受信部２１０はＧＰＳ衛星１０ａ〜１０ｃの３個の最新の衛星情報を取得している。また、取得した３個の最新の衛星情報は、衛星情報記憶部２３０に記憶される。これにより、衛星情報記憶部２３０に記憶された衛星情報のうちのＧＰＳ衛星１０ａ〜１０ｃの３個については、最新の衛星情報に更新される。なお、ＧＰＳ衛星１０ｄ〜１０ｇについては、古い（前回取得した）衛星情報が記憶されている。以降、測位演算部２２０は、衛星情報等に基づき当該移動局２０の現在位置等を測位演算する等の演算を行う。
【００２６】
続いて時刻Ｔ＝k+1において、ＧＰＳ受信部２１０はＧＰＳ衛星１０ｄ〜１０ｆの３個の最新の衛星情報を取得している。また、取得した３個の最新の衛星情報は、衛星情報記憶部２３０に記憶される。これにより、衛星情報記憶部２３０に記憶された衛星情報のうちのＧＰＳ衛星１０ａ〜１０ｆの６個については、最新の衛星情報に更新される。なお、ＧＰＳ衛星１０ｇについては、古い（前回取得した）衛星情報が記憶されている。以降、測位演算部２２０は、衛星情報等に基づき当該移動局２０の現在位置等を測位演算する等の演算を行う。
【００２７】
続いて時刻Ｔ＝k+2において、ＧＰＳ受信部２１０はＧＰＳ衛星１０ｇの１個の最新の衛星情報を取得している。また、取得した１個の最新の衛星情報は、衛星情報記憶部２３０に記憶される。これにより、衛星情報記憶部２３０に記憶された衛星情報の全てが最新の衛星情報に更新される。以降、測位演算部２２０は、衛星情報等に基づき当該移動局２０の現在位置等を測位演算する等の演算を行う。
【００２８】
以上のように、ＧＰＳ受信部２１０はＧＰＳ衛星１０から衛星情報を段階的に取得している。そのため、例えば図２の時刻T=k,k+1のように、ＧＰＳ受信部２１０側では更新前の衛星情報と更新後の衛星情報の新旧の衛星情報が混在する場合が生じる。
【００２９】
図３は、新旧の衛星情報が混在した状況を説明するための図である。図３では、新旧の衛星情報が混在していない場合（全てが古い衛星情報である場合（図３（ａ））、新旧の衛星情報が混在する場合（図３（ｂ））における、各々の当該移動局２０の速度ベクトルの算出値（破線）及び真値（実線）を示している。
【００３０】
図３（ａ）では、全部古い衛星情報ではあるもののばらつきが一定であるために推定精度が高い。図３（ｂ）では、新しい衛星情報を用いてはいるものの新旧の衛星情報が混在しているためばらつきが一定でないために精度がよくない。新旧の衛星情報では、座標値が数ｍ変動する場合もある。またＧＰＳ衛星１０毎にその変動幅（＋、―どちら方向の誤差も含む）は異なっている。
【００３１】
このように、新旧の衛星情報のばらつきの違いにより誤差が拡大する場合がある。これは、当該移動局２０の速度ベクトルの算出において衛星情報の新旧が適切に考慮されていないためである。従来、例えばＧＰＳ衛星１０の仰角に応じた重み付けなどはあるが、新旧の衛星情報の精度の違いを考慮した演算になっておらず、精度が低下する可能性がある。そこで、本実施形態では、前述の測位演算部２２０が、このような新旧の衛星情報の精度の違いを考慮した測位演算を行う。後述の動作例にてより詳細に説明を行う。
【００３２】
図１に戻り、通信部２４０は、受信アンテナ２２を介して基準局３０から電波を受信する。受信する電波には、基準局３０自身がＧＰＳ衛星１０から受信した衛星情報に基づいて単独測位を行って得られた搬送波位相に係る情報等が含まれる。
【００３３】
以上のシステム構成により、本実施形態におけるＧＰＳ測位システムでは、移動局２０は、当該移動局２０の現在位置等をＲＴＫ測位する。
【００３４】
（ＲＴＫ測位における整数値バイアスの確定方法の一例）
続いて、本実施形態に係るＧＰＳ測位（ＲＴＫ測位）の動作例の説明に先立ち、ＲＴＫ測位においては整数値バイアスという値が確定されるが、整数値バイアスの確定方法の一例を以下に示す。なお、従来、整数値バイアスの確定方法については様々な提案がなされている。本発明は、以下に例示する整数値バイアスの確定方法に限らず、その他の整数値バイアスの確定方法に適用可能であるものとする。
【００３５】
図１の移動局２０は、各ＧＰＳ衛星１０からの搬送波に基づいて、搬送波位相の位相積算値Φiuを計測する。なお、位相積算値Φiuについて、添え字i(=ａ,ｂ,・・・)は、各ＧＰＳ１０iに割り当てられた番号を示し、添え字uは移動局２０側での積算値であることを示す。位相積算値Φiuは、次式に示すように、搬送波受信時刻tでの衛星信号発生時の搬送波位相Θiu(t−γ)との差として得られる。
Φiu(t)=Θiu(t)−Θiu(t−tγ)＋Ｎiu＋εiu(t)・・・式（１）
ここで、ｔγは、ＧＰＳ衛星１０からＧＰＳ受信部２１０までのトラベル時間を示し、εiuはノイズ（誤差）を表す。なお、位相差の観測開始時点では、ＧＰＳ受信部２１０は、搬送波位相の１波長内の位相を正確に測定できるが、それが何波長目に相当するかを確定できない。このため、位相積算値Φiu(t)には、上式に示すように、不確定な要素として整数値バイアスＮiuが導入される。
【００３６】
このとき、基準局３０は、移動局２０と同様に、各ＧＰＳ衛星１０からの搬送波に基づいて、次式に示すように、時刻tにおける搬送波位相の積算値Φib(t)を計測する。
Φib(t)=Θib(t)−Θib(t-tb)＋Nib＋εib(t)・・・式（２）
なお、Nibは、整数値バイアスを示し、εibはノイズ（誤差）を表す。また、位相積算値Φibについて、添え字bは基準局３０側での積算値であることを示す。基準局３０は、計測したＣ／Ａコードのσib、位相積算値Φibを送信アンテナ３１を介して移動局２０に送信する。
【００３７】
このとき、移動局２０は、自身が計測したＣ／Ａコードのσiu、Ｃ／Ａコードのσib、位相積算値Φiu(t)及びΦib(t)を用いて、整数値バイアスを推定する。具体的には、例えば時刻tにおける２つのＧＰＳ衛星１０j、１０h（i=j,h但しj≠h）に関するＣ／Ａコード、位相積算値の２重位相差σjhbu、Φjhbuは、次式となる。
σjhbu=（σjb−σju）―（σhb−σhu）・・・式（３）
Φjhbu=（Φjb(t)−Φju(t)）−（Φhb(t)−Φhu(t)）・・・式（４）
一方、Ｃ／Ａコード、位相積算値の２重位相差であるσjhbu、Φjhbuは、（ＧＰＳ衛星１０とＧＰＳ受信機２１０若しくは基準局３０との距離）＝（搬送波の波長Ｌ）×（位相積算値）という物理的な意味合いから、次のようになる。
【００３８】
【数１】
ここで、式（５）、（６）における［Xb(t),Yb(t),Zb(t)］は、時刻tにおける基準局３０のワールド座標系における座標値（既知）であり、［Xu(t),Yu(t),Zu(t)］は、時刻tにおける移動局２０の座標値（未知）であり、［Xj(t),Yj(t),Zj(t)］及び[Xh(t),Yh(t),Zh(t)]は、時刻tにおける各ＧＰＳ衛星１０j,１０hの座標値である。Ｎjhbuは、整数値バイアスの２重位相差である（即ち、Njhbu=(Njb−Nju)−（Nhb−Nhu））。
【００３９】
測位演算部２２０は、異なる４個以上の組み合わせＧＰＳ衛星１０j、１０ｈに対して、式（４）により各２重位相差Φjhbuを算出し、式（６）の関係式を導出する。例えば、５つのＧＰＳ衛星１０ａ〜１０ｅが観測可能な状況下では、ＧＰＳ衛星１０ａを参照衛星として、Φ12bu,Φ13bu,Φ14bu，Φ15buに対する上記算出が実行される。
【００４０】
このようにして、受信開始時刻から所定周期毎に、各時刻における２重位相差Φjhbuを算出し（例えば、周知のカルマンフィルタや最小２乗法等の推定技術を用いて）、LAMBDA法等により整数値バイアスＮjhbuを確定する。整数値バイアスＮjhbuが確定されると、以降、周知の干渉測位方法により、正確な移動局２０の座標値が算出可能となる。
【００４１】
ここで、上記のεjhbuの分散の算出を最小２乗法の技術を用いて行う場合、εjhbuの目標値をＸとすると、２乗和ｆ（＝w1(ε12bu−Ｘ)2＋w2(ε13bu−Ｘ)2＋w3(ε14bu−Ｘ)2＋w4(ε15bu−Ｘ)2）が最小にするように分散の値を設定する。ここでw1〜4は、重みであり、通常、誤差分散σ2に反比例するようにつけられる（即ち、wi=1／σi2）。本実施形態では、新旧の衛星情報の精度の違いを考慮して上記の重みwiを付与するものである。
【００４２】
（動作例１）
図４は、本実施形態におけるＧＰＳ測位に係る第１の動作例を示すフローチャートである。ここでは、図１の移動局２０がＧＰＳ衛星１０から衛星情報を受信し、衛星情報記憶部２３０に記憶された衛星情報を更新するとき、新旧の衛星情報が混在する場合に整数値バイアスを確定して当該ＧＰＳ測位装置の位置座標を測位演算する動作を例に説明を行う。
【００４３】
まず、所定の時刻（ここではＴ＝k）において、衛星情報の更新処理を行う（Ｓ１）。ステップＳ１では、ＧＰＳ受信部２１０はアンテナ部２１を介してＧＰＳ衛星１０から衛星情報を取得する。例えば図２の時刻Ｔ＝kの場合、ＧＰＳ受信部２１０はＧＰＳ衛星１０ａ〜１０ｃの３個の衛星情報を取得する。また、測位演算部２２０は、ＧＰＳ受信部２１０により取得した衛星情報を基に、衛星情報記憶部２３０により記憶されたＧＰＳ衛星１０ａ〜ｃの衛星情報を更新する。
【００４４】
ステップＳ２へ移って、新旧の衛星情報が混在しているか否かを判断する（Ｓ２）。ここでは、測位演算部２２０は、衛星情報記憶部２３０により記憶された衛星情報を参照して新旧の衛星情報が混在しているか否かを判断する。これにより、後に行う整数値バイアスの確定に際して使用する衛星情報を選択している。例えば図２の時刻Ｔ＝kの場合、ＧＰＳ衛星１０ａ〜１０ｃの３個の最新の衛星情報とＧＰＳ衛星１０ｄ〜１０ｇの古い（前回取得した）衛星情報とが混在しているため、ステップＳ２からステップＳ４へ移る。
【００４５】
ステップＳ２において、新旧の衛星情報が混在していない場合（Ｓ２、ＹＥＳ）、ステップＳ３へ移り、古い衛星情報で測位演算する（Ｓ３）。ここでは、測位演算部２２０は、古い衛星情報（ここでは、前回取得した衛星情報）を用いて行う。なお、新しい衛星情報を用いないようにする。
【００４６】
ステップＳ２において、新旧の衛星情報が混在している場合（Ｓ２、ＮＯ）、ステップＳ４へ移って、前回の更新処理時に整数値バイアスが確定したか否かを判断する（Ｓ４）。
【００４７】
ステップＳ４においてＹＥＳの場合、つまり前回の衛星情報の更新処理時に整数値バイアスが確定している場合（Ｓ４、ＹＥＳ）、ステップＳ３へ移り、古い演算データ（ここでは、前回の衛星情報の更新処理時に確定していた整数値バイアス）を用いて測位演算する（Ｓ３）。
【００４８】
ステップＳ４においてＮＯの場合、つまり前回の更新処理時に整数値バイアスが確定していない場合（Ｓ４、ＮＯ）、ステップＳ５へ移り、分散変更して測位演算する（Ｓ５）。ここでは、測位演算部２２０は、整数値バイアスの確定に際して分散変更を行う。整数値バイアスの確定に際しては、前述のＲＴＫ測位における整数値バイアスの確定方法の一例において説明したようにノイズ（誤差）εjhbuの分散を求める必要があるが、この分散値を変更する。より詳細に図５を用いて説明する。
【００４９】
図５は、ＧＰＳ測位演算における分散変更を説明するための図である。具体的には、測位演算部２２０は、同一のＧＰＳ衛星１０から取得した新旧の衛星情報を基に、衛星座標をそれぞれ計算し、両座標値から座標変化量（距離）を導出する。導出方法については既知であるとしてここでは説明を省略する。そうすると、図５に示すように、例えばＧＰＳ１０ａについては、古い（前回取得した）衛星情報の座標値と最新の衛星情報の座標値との座標変化量（σ1）が導出される。このとき、導出された座標変化量に分散が比例するものとして重み（例えばk×(１／σ1)、k：比例定数）を決定してノイズ（誤差）εjhbuの分散を変更する。変更された分散値に基づき整数値バイアスを確定して当該ＧＰＳ測位装置の位置座標の測位演算を行う。
【００５０】
以上に示される処理により、図１の移動局２０がＧＰＳ衛星１０から衛星情報を受信し、衛星情報記憶部２３０に記憶された衛星情報を更新するとき、新旧の衛星情報が混在する場合に整数値バイアスを確定して当該ＧＰＳ測位装置の位置座標を測位演算する動作を行う。
【００５１】
このように、ＧＰＳ衛星１０の衛星情報の更新時において、新旧の衛星情報が混在する状況では、過去の衛星情報を利用して演算している。そのため、衛星座標の精度を向上させることができる。また、測位精度の向上に加え、信頼性の向上、フェールセーフとしての利点も得られる。
【００５２】
なお、ステップＳ５においては、分散が導出された座標変化量に比例するものとして重みを決定したが、比例関係ではなく予め設定された所定の座標変化量の閾値によって段階的に決定してもよい。つまり、例えば座標変化量が所定の座標変化量の閾値より大である場合には分散値はＡに設定し小である場合には分散値をＢに設定する等による決定である。
【００５３】
また、ステップＳ５において、予め前回の整数値バイアスの確定時に各ＧＰＳ衛星１０の座標真値を逆算しておき、（新旧の変化量ではなく）逆算した座標真値と各ＧＰＳ衛星１０から取得した最新の衛星情報に基づく衛星座標値から座標変換量を求めることにより、より精密な誤差量から重みを導出するように構成することもできる。また、ステップＳ４においては、その直前に整数値バイアスが確定していたかどうかで、使用する衛星情報を選択するように構成することもできる。
【００５４】
（動作例２）
図６は、本実施形態におけるＧＰＳ測位に係る第２の動作例を示すフローチャートである。前述の動作例１では、図１の移動局２０がＧＰＳ衛星１０から衛星情報を受信し、衛星情報記憶部２３０に記憶された衛星情報を更新するとき、新旧の衛星情報が混在する場合に整数値バイアスを確定する動作について説明を行った。
【００５５】
ここでは、動作例１（図５）のステップＳ４において、新旧の衛星情報が混在する場合であっても、精度がよいと判定される衛星情報が４以上ある場合、つまり４以上の衛星情報が最新の衛星情報に更新されている場合の動作について説明を行う。なお、図６におけるステップＳ１１〜Ｓ１３に係る処理は、図４におけるステップＳ１〜Ｓ３に係る処理と同様であるとしてここでは説明を省略する。
【００５６】
ステップＳ１５へ移った場合、即ちステップＳ１４において前回の更新処理時に整数値バイアスが確定していない場合、新しい（最新の）衛星情報が４以上あるか否かを判断する（Ｓ１５）。ここでは、測位演算部２２０は、衛星情報記憶部２３０により記憶されたＧＰＳ衛星１０の衛星情報のうち、新しい衛星情報が４以上あるか否かを該衛星情報に対応付けられた更新時刻情報等に基づいて判断する。
【００５７】
ステップＳ１５においてＹＥＳの場合、つまり新しい衛星情報が４以上ある場合（Ｓ１５、ＹＥＳ）、ステップＳ１６へ移る。例えば図２の時刻Ｔ＝k＋１の場合、ＧＰＳ衛星１０ａ〜１０fの６個（４以上）の最新の衛星情報とＧＰＳ衛星１０ｇの古い（前回取得した）衛星情報とが混在しており、ステップＳ１５からステップＳ１６へ移る。
【００５８】
ステップＳ１６へ移った場合、新しい衛星情報を使用して測位演算を行う（Ｓ１６）。ここでは、測位演算部２２０は、衛星情報記憶部２３０に記憶された衛星情報のうちステップＳ１５で新しい衛星情報であると判断された４以上の衛星情報を用いて測位演算を行う。
これは、通常、ＧＰＳ測位においては４以上の衛星情報から測位演算を行うことが可能であるためである。
【００５９】
ステップＳ１５においてＮＯの場合、つまり新しい衛星情報が４未満の場合（Ｓ１５、ＮＯ）、ステップＳ１７へ移る。例えば図２の時刻Ｔ＝kの場合、ＧＰＳ衛星１０ａ〜１０ｃの３個（４未満）の最新の衛星情報とＧＰＳ衛星１０ｄ〜１０ｇの古い（前回取得した）衛星情報とが混在しており、ステップＳ１５からステップＳ１７へ移る。
【００６０】
ステップＳ１７へ移った場合、分散変更して演算を行う（Ｓ１７）。なお、ステップＳ１７に係る処理は図４のステップＳ５と同様であるとしてここでは説明を省略する。
【００６１】
以上に示される処理により、図１の移動局２０がＧＰＳ衛星１０から衛星情報を受信し、衛星情報記憶部２３０に記憶された衛星情報を更新するとき、新旧の衛星情報が混在する場合であっても、精度がよいと判定される衛星情報が４以上ある場合、つまり４以上の衛星情報が最新の衛星情報に更新されている場合の動作を行う。そのため、前述の動作例１に加えて、さらに衛星座標の精度を向上させることができる。
【００６２】
（システム構成の別の例）
図７は、本実施形態におけるＧＰＳ測位システム構成の第二の例を示す図である。図１に示すＧＰＳ測位システムは、本発明を単独測位に適用した場合を示している。
【００６３】
図７において、ＧＰＳ測位システムは、地球周りを周回する複数のＧＰＳ衛星１０ａ、１０ｂ（以降、「ＧＰＳ衛星１０」と総称する）、地球上に位置し地球上を移動しうる移動局２０とから構成される。
【００６４】
図７における各構成要素については、それぞれ図１における各構成要素と同様であるとしてここでは説明を省略する。なお、測位演算部２２０について補足説明する。
【００６５】
測位演算部２２０は、ＧＰＳ受信部２１０により取得した４以上の衛星情報等に基づき、当該移動局２０の現在位置等を測位演算する、例えばマイクロコンピュータである。通常、単独測位では、測位演算に４以上の衛星情報を用いる。そのため、測位演算部２２０は、前述の図６のステップＳ１５〜Ｓ１７のような処理を行うことにより、ＧＰＳ受信機２１０側に新旧の衛星情報が混在する場合であっても、適切な測位演算が可能になる。
【００６６】
以上、実施の形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施の形態にあげたその他の要素との組み合わせなど、ここで示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施形態におけるＧＰＳ測位システム構成の第一の例を示す図である。
【図２】衛星情報記憶部２３０に記憶される衛星情報の一例を示す図である。
【図３】新旧の衛星情報が混在した状況を説明するための図である。
【図４】本実施形態におけるＧＰＳ測位演算の第一の例を示すフローチャートである。
【図５】ＧＰＳ測位演算における分散変更を説明するための図である。
【図６】本実施形態におけるＧＰＳ測位演算の第二の例を示すフローチャートである。
【図７】本実施形態におけるＧＰＳ測位システム構成の第二の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０，１０ａ，１０ｂ ＧＰＳ衛星
２０ 移動局
２１ アンテナ部
２２ 受信アンテナ
２１０ ＧＰＳ受信部
２２０ 測位演算部
２３０ 衛星情報記憶部
２４０ 通信部
３０ 基準局
３１ 送信アンテナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＧＰＳ衛星から定期的に受信した前記複数のＧＰＳ衛星の各々の最新の衛星情報を記憶する衛星情報記憶手段と、
前記衛星情報記憶手段により記憶された前記複数のＧＰＳ衛星の最新の衛星情報に、最新の衛星情報と最新ではない前回受信時の衛星情報が混在して記憶されているか否かを判断する新旧混在判断手段と、
前記新旧混在判断手段による判断結果に応じて、当該ＧＰＳ測位装置の位置座標を測位演算する測位演算手段と、
を有することを特徴とするＧＰＳ測位装置。
【請求項２】
前記測位演算手段は、前記新旧混在判断手段により最新の衛星情報と最新ではない前回受信時の衛星情報が混在して記憶されていると判断された場合、該最新の衛星情報から求められる衛星座標と前回受信時の対応する衛星情報から求められる衛星座標との変化量に応じて、分散重みを付与することにより、当該ＧＰＳ測位装置の位置座標を測位演算することを特徴とする請求項１に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項３】
前記測位演算手段は、前記新旧混在判断手段により最新の衛星情報と最新ではない前回受信時の衛星情報が混在して記憶されていると判断された場合、該最新の衛星情報から求められる衛星座標と予め算出された前回受信時の対応する衛星座標との変化量に応じて、分散重みを付与することにより、当該ＧＰＳ測位装置の位置座標を測位演算することを特徴とする請求項１に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項４】
複数のＧＰＳ衛星から定期的に受信した前記複数のＧＰＳ衛星の各々の最新の衛星情報を記憶する衛星情報記憶部を備えたＧＰＳ測位装置におけるＧＰＳ測位方法であって、
前記衛星情報記憶部により記憶された前記複数のＧＰＳ衛星の各々の最新の衛星情報に、最新の衛星情報と最新ではない前回受信時の衛星情報が混在して記憶されているか否かを判断する新旧混在判断段階と、
前記新旧混在判断段階における判断結果に応じて、当該ＧＰＳ測位装置の位置座標を測位演算する測位演算段階と、
を有することを特徴とするＧＰＳ測位方法。
【請求項１】
複数のＧＰＳ衛星から定期的に受信した前記複数のＧＰＳ衛星の各々の最新の衛星情報を記憶する衛星情報記憶手段と、
前記衛星情報記憶手段により記憶された前記複数のＧＰＳ衛星の最新の衛星情報に、最新の衛星情報と最新ではない前回受信時の衛星情報が混在して記憶されているか否かを判断する新旧混在判断手段と、
前記新旧混在判断手段による判断結果に応じて、当該ＧＰＳ測位装置の位置座標を測位演算する測位演算手段と、
を有することを特徴とするＧＰＳ測位装置。
【請求項２】
前記測位演算手段は、前記新旧混在判断手段により最新の衛星情報と最新ではない前回受信時の衛星情報が混在して記憶されていると判断された場合、該最新の衛星情報から求められる衛星座標と前回受信時の対応する衛星情報から求められる衛星座標との変化量に応じて、分散重みを付与することにより、当該ＧＰＳ測位装置の位置座標を測位演算することを特徴とする請求項１に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項３】
前記測位演算手段は、前記新旧混在判断手段により最新の衛星情報と最新ではない前回受信時の衛星情報が混在して記憶されていると判断された場合、該最新の衛星情報から求められる衛星座標と予め算出された前回受信時の対応する衛星座標との変化量に応じて、分散重みを付与することにより、当該ＧＰＳ測位装置の位置座標を測位演算することを特徴とする請求項１に記載のＧＰＳ測位装置。
【請求項４】
複数のＧＰＳ衛星から定期的に受信した前記複数のＧＰＳ衛星の各々の最新の衛星情報を記憶する衛星情報記憶部を備えたＧＰＳ測位装置におけるＧＰＳ測位方法であって、
前記衛星情報記憶部により記憶された前記複数のＧＰＳ衛星の各々の最新の衛星情報に、最新の衛星情報と最新ではない前回受信時の衛星情報が混在して記憶されているか否かを判断する新旧混在判断段階と、
前記新旧混在判断段階における判断結果に応じて、当該ＧＰＳ測位装置の位置座標を測位演算する測位演算段階と、
を有することを特徴とするＧＰＳ測位方法。
【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２００９−１２２０２０（Ｐ２００９−１２２０２０Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９７７９８（Ｐ２００７−２９７７９８）
【出願日】平成１９年１１月１６日（２００７．１１．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１６日（２００７．１１．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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