ＧＰＳＲ多周計測型電離層遅延補正装置、ＧＰＳＲ多周計測型電離層遅延補正方法及びプログラム
【課題】 ２周波に限定せず多周波を用いたＧＰＳ信号に関する擬似距離の算出において、電離層の影響を簡単かつ精度良く補正し、ノイズに対する耐力も有するＧＰＳ電離層遅延補正機構を提供する。
【解決手段】 多周波の観測量としての擬似レンジデータに基づいて電離層遅延係数を推定し、その推定した電離層遅延係数を用いて、電離層遅延補正を行った擬似レンジデータを生成する電離層遅延補正部９を有する構成として構築する。ＧＰＳ受信機或いは測位ツールで計測した多周波の観測量として測定した擬似レンジデータを収得し、その擬似レンジデータに基づいて電離層遅延係数を推定する。次に、前記推定した電離層遅延係数を用いて、電離層遅延補正を行った擬似レンジデータを生成する。
【解決手段】 多周波の観測量としての擬似レンジデータに基づいて電離層遅延係数を推定し、その推定した電離層遅延係数を用いて、電離層遅延補正を行った擬似レンジデータを生成する電離層遅延補正部９を有する構成として構築する。ＧＰＳ受信機或いは測位ツールで計測した多周波の観測量として測定した擬似レンジデータを収得し、その擬似レンジデータに基づいて電離層遅延係数を推定する。次に、前記推定した電離層遅延係数を用いて、電離層遅延補正を行った擬似レンジデータを生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳＲ(ＧＰＳ受信機)による測位・航法の分野に属し、ＧＰＳ電離層遅延補正装置、ＧＰＳ電離層遅延補正方法、ＧＰＳ電離層遅延補正プログラム、ＧＰＳ受信機に関する。特に、擬似レンジデータの電離層遅延補正機構として、２周波に限らず一般的な多周波受信型のＧＰＳＲによる測位・航法に好適に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
従来の２周波受信型ＧＰＳ受信機では、周波数搬送波Ｌ１（１５７５．４２ＭＨｚ）、Ｌ２（１２２７．６ＭＨｚ）の２周波による擬似レンジについての線型結合により、電離層遅延を補正した擬似レンジデータを合成している。
【０００３】
例えば、特許文献１に示す特開２０００−３１０６７４号公報「２衛星を用いた単一周波数のＧＰＳ受信機に対するイオン層修正法」には、一般的なＧＰＳ受信機ではセキュリティの理由から1つの周波数Ｌ１のみしか受信できない点を克服するための技術が開示されている。前記特許文献１の従来技術の欄に記載されているように、２つの異なるＧＰＳ周波数Ｌ１、Ｌ２を用いることができれば、両者の到達時間の差を求めることにより、観測ノイズによる影響を度外視すれば理論上は、電離層の干渉によるＧＰＳ信号の遅延を完全に補正することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の方法は、受信周波数が２波の場合に限定され、将来に予定している複数の周波数Ｌ１，Ｌ２，Ｌ５（１１７６．４５ＭＨｚ）等を含む一般的な多周波のＧＰＳ信号については考慮されていない。したがって、例えば、各擬似レンジデータ、すなわち、ＧＰＳ受信機の時間情報を用いて求めた伝搬時間差から算出したＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機との間のレンジデータの中から、最適な組み合わせのアルゴリズムを用いて、電離層遅延を補正した擬似レンジデータを求めることができない。
【０００５】
また、２周波のＧＰＳ信号の場合、２周波の組み合わせのうち、１周波のデータが欠落することに対して耐性がない。更に、データを取得した１ショットごとの補正であるので、補正値自身が各観測データに含まれる観測ノイズに影響されて左右され易いという課題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３１０６７４号公報（第３頁）
【０００７】
本発明の目的は、２周波に限定せず、２以上の多周波でも、多周波の各観測データを最適に重み付け合成することにより、共通的な同一のアルゴリズムに従って、電離層遅延補正済み擬似距離データを算出することを可能にするＧＰＳ電離層遅延補正装置、その遅延補正方法、そのプログラム、ＧＰＳ受信機を提供することにある。
【０００８】
さらに本発明の目的は、各観測データに含まれる観測ノイズの影響による、電離層遅延の補正量の誤差を最小化するための簡単で実際的な手法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明に係るＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正装置は、多周波の観測量として測定した擬似レンジデータに基づいて電離層遅延係数を推定し、その推定した電離層遅延係数を用いて、電離層遅延補正を行った擬似レンジデータを生成する電離層遅延補正部を有することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明によれば、ＧＰＳ受信機或いは測位ツールで計測した多周波の観測量として測定した擬似レンジデータを収得し、その擬似レンジデータに基づいて電離層遅延係数を推定する。次に、前記推定した電離層遅延係数を用いて、電離層遅延補正を行った擬似レンジデータを生成する。
【００１１】
前記電離層遅延係数を推定するにあたっては、電離層の遅延量を設定する電離層遅延モデルに定数変化法を応用したカルマンフィルタ技術を用いる、或いは前記カルマンフィルタ技術に代えて、モデル定数が時間に関する多項式で近似されるように変化すると仮定するスプラインフィルタ技術を用いる。或いは、観測残差に最小２乗法を適用した多周波アルゴリズムを用いる。
【００１２】
以上のように本発明では、多周波の観測量としての擬似レンジ観測データに基づき、これらの最適合成として電離層遅延を補正した値を算出し、電離層遅延モデルのモデル定数にカルマンフィルタ技術などのフィルタ推定技術を応用して、各観測データに含まれる観測ノイズの影響を極小化して、高精度に電離層遅延補正量を算出する。
【００１３】
本発明は、ＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正装置を構成するコンピュータに電離層遅延補正量を算出させるためのプログラムとして構築してもよいものである。本発明に係るＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正プログラムは、多周波の観測量として測定した擬似レンジデータに基づいて電離層遅延係数を推定し、その推定した電離層遅延係数を用いて、電離層遅延補正を行った擬似レンジデータを生成する機能を実行させる構成として構築する。
【００１４】
前記プログラムは、前記コンピュータに、電離層の遅延量を設定する電離層遅延モデルに定数変化法を応用したカルマンフィルタ技術を用いて、前記電離層遅延係数を推定する機能を実行させる、或いは前記カルマンフィルタ技術に代えて、モデル定数が時間に関する多項式で近似されるように変化すると仮定するスプラインフィルタ技術を用いて、前記電離層遅延係数を推定する機能を実行させる構成として構築してもよいものである。また前記プログラムは、前記コンピュータに、観測残差に最小２乗法を適用した多周波アルゴリズムを用いて、前記電離層遅延係数を推定する機能を実行させる構成として構築してもよいものである。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、２周波の観測データのみに限定せず、２周波以上の一般的な多周波の観測データに対して、最適配分の下に電離層遅延補正値の算出を行うことができる。
【００１６】
さらに、電離層遅延係数の推定に、補正値に対する観測のノイズの影響が極小化されるアルゴリズムを用いているため、電離層遅延補正の精度を向上させることができる。さらに、電離層遅延係数の推定にフィルタ推定を用いるため、データ欠落に対する耐性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
本発明に係るＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正装置は基本的構成として、電離層遅延係数にあたって、カルマンフィルタ技術の推定技術を適用し、フィルタを変分形式に定式化することにより、多周波の観測量として測定した複数の擬似レンジデータに対する対応性を確保する。前記変分形式に定式化する定数変化法(method of variation of constant)とは、線形微分方程式(linear differential equation)の解法の一つで、類似の方程式の解の表式に基づき、表式は流用しながら、解の表式中の一般定数（積分定数）を改めて変数と看做して方程式の変数変換を行う手法を意味する。
【００１９】
さらに、観測ノイズの影響の極小化、測距精度の向上、データ欠落への耐性獲得に配慮して、状態変数の選択に関し、電離層遅延モデルに対して定数変化法を応用した形式を採用する。なお、フィルタを変分形式に定式化する際には、観測作用を「擬似レンジに関する観測残差形式を観測ノイズレベルで規格化した形式の２乗和」によって与えることにより、観測精度の最適配分を実現する。
【００２０】
さらに、本発明に係るＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正装置は、上述したアルゴリズムを利用した電離層遅延補正プログラムを、ＧＰＳ受信機などのコンピュータのＭＰＵ(Micro Processing Unit)に実装し、電離層遅延係数を高精度・高信頼度で推定し、かつ観測量に高精度の電離層遅延補正計算を実施し、補正した擬似レンジデータ、およびpears点での電離層垂直遅延係数を出力する装置である。
【００２１】
本発明に係るＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正装置は、多周波の観測量として測定した擬似レンジデータを読み込み、フィルタ推定により電離層遅延係数を高精度に推定し、かつ、その推定した電離層遅延係数を用いて、観測量として測定した擬似レンジデータに電離層遅延補正計算を実施し、補正した擬似レンジデータを出力する。これにより、電離層遅延を補正した高精度の電離層遅延補正済み擬似レンジデータが出力され、これに基づいて、高精度な測位・航法が可能になる。また、pears点での電離層垂直遅延係数が算出される。なお、前記pears点とは、多周波のＧＰＳ信号の電離層を通り抜ける電離層貫通点を意味する。
【００２２】
次に、本発明に係るＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正装置をＧＰＳ受信機に適用した例を実施形態として説明する。
【００２３】
前記ＧＰＳ受信機Ａは図１に示すように、アンテナ１からＧＰＳ信号を受信する受信部２と、局部発振器（Local Oscillator）・シンセサイザ３と、ｃｏｄｅ生成器４と、中間周波数アンプ５と、ｃｏｄｅ同調・復調部６と、相関器・位相カウンタ７と、本発明に係るＧＰＳ多周波計測型電離層遅延補正装置Ｂを有している。前記ＧＰＳ多周波計測型電離層遅延補正装置Ｂは、ＭＰＵにＧＰＳ電離層遅延補正プログラムによる処理アルゴリズムを実行させて、データ部８と、クロック・遅延補正部９と、電離層遅延補正部１０と、対流圏遅延補正部１１と、測位計算部１２の機能を実行する構成として構築されている。
【００２４】
前記局部発振器・シンセサイザ３は、受信機１の基準周波数を生成し、複数のコヒーレント（coherent）な周波数を出力する機能を有している。前記受信部２は、前記アンテナ１からのＧＰＳ信号を受信し、前記局部発振器・シンセサイザ３からの周波数信号に基づいて、前記ＧＰＳ信号に対して周波数変換（down convert）させて、その周波数変換した信号を前記中間周波数アンプ５に出力する機能を有している。前記中間周波数アンプ５は、前記受信部２から出力される周波数変換された信号を増幅させて、その増幅した信号を前記相関器・カウンタ７に出力する機能を有している。
【００２５】
前記ｃｏｄｅ生成器４は、前記局部発振器・シンセサイザ３からの信号に基づいてＰＲＮｃｏｄｅ信号を生成し、そのＰＲＮｃｏｄｅ信号を前記相関器・カウンタ７に出力する機能を有している。前記ｃｏｄｅ同調・復調部６は、前記ｃｏｄｅ生成器４からの信号に基づいてｃｏｄｅ同調処理を行い、拡散符号のレプリカの拡散信号との相関を計算し、拡散符号をロックし、航法信号を復調し、その航法信号を前記相関器・カウンタ７に出力する機能を有している。
【００２６】
前記相関器・カウンタ７は、前記拡散符号のロックの保持のための時間差、搬送ロックを保持するための位相差を計測して、多周波の擬似レンジデータρjと搬送波位相データΦjとを出力すると共に、その結果に基づいて航法（Ｎａｖ）ＭＳＧパラメータを生成してＧＰＳ電離層遅延補正装置Ｂに出力する機能を有している。
【００２７】
以上の構成により、ＧＰＳ受信機の擬似距離計測機能により、多周波の観測量として測定した擬似レンジデータρjが算出される。なお、前記ｊは周波数に関するインデックスである。
【００２８】
前記ＧＰＳ電離層遅延補正装置Ｂの前記データ部８は、前記相関器・位相カウンタ７が出力する多周波の観測量としての擬似レンジデータρjを取得する機能を有している。前記前記電離層遅延補正部９は、前記データ部８が取得した前記擬似レンジデータρj対して、衛星クロックの補正処理と衛星内遅延の補正処理及び、多重周波数対応の高精度電離層遅延補正の処理を行う機能を有している。
【００２９】
本発明の実施形態での特徴は、前記電離層遅延補正部９による多重周波数対応の高精度電離層遅延補正の処理にある。すなわち、前記電離層遅延補正部９は、前記データ部８から出力される信号に対して、定数変化法を応用したフィルタ推定を電離層遅延モデルとして採用して、観測した多周波の擬似距離データρjに関する電離層垂直遅延係数を高精度に推定する。更に、前記推定した電離層遅延係数を用いて、観測した多周波の擬似レンジデータに対して電離層遅延補正計算を施し、かつ、観測ノイズレベルに応じて最適に重み付けした配分により電離層遅延補正量を合成して、電離層遅延補正済みの擬似レンジデータを出力する機能を有している。
【００３０】
具体的に説明すると、前記前記電離層遅延補正部９は、推定系の初期設定の後、略標準的なカルマンフィルタ技術の手法に基づき、下記のデータ処理を行う。すなわち、
１）観測データとして測定した多周波の擬似レンジρjを取得する。
２）前回取得時刻から、最新のデータ取得までの電離層群遅延補正指数νの推定標準偏差σを伝搬する。
３）観測データ(多周波の擬似レンジデータρj )に基づく電離層群遅延補正指数νの推定値ν0とその推定標準偏差σを更新する。
４）電離層遅延係数Kの推定値を更新する。前記電離層遅延係数Ｋは、後述するように電離層群遅延補正指数νの函数として定義されている。
５）最適合成により、電離層遅延補正済み擬似レンジρとそのnoise level σG を算出する。
【００３１】
前記電離層遅延係数Ｋは、図４に示す各ＧＰＳ衛星１３，１４，１５，１６の測位信号についての電離層群遅延をK・(fL／fj)-2 として表現した際の比例係数である。前記電離層遅延係数Ｋに対する既存の電離層遅延モデルM（LST,φ）に補正因子exp(ν) を考慮して、K＝exp(ν)・M(LST,φ)／cos(E) として与える。
【００３２】
前記電離層遅延モデルのMは、電離層の垂直遅延量に関するモデル式で、ＧＰＳでは例えばKlobuchar Modelが知られている。前記電離層遅延モデルのLSTはpears点のLocal Sun Time、前記電離層遅延モデルのφは磁気緯度である。また、信号のEは図４に示す電離層交角を表す。これらは、GPS衛星とユーザの位置、受信時刻の概略が得られれば決まる量である。
【００３３】
前記電離層群遅延の変化についてはモデルが概略を捉えているから、ある時間尺度τで見れば、νは定数であると言える。即ち、上記の変換は1種の定数変化法の考え方の応用と言える。
【００３４】
上記の概要の下に電離層遅延補正指数のフィルタを次の様に定義する。すなわち、
状態変数：ν (群遅延補正指数)
運動方程式 dν/dt＝0
観測量としては、擬似レンジデータρjを考える。観測方程式は以下の通りである。慣性系表現とし、光速C＝1とする。
ρj＝ρ＋K・(fj／fL)-2＋NGj
なお、ρ＝電離層補正済み擬似距離、NGj＝擬似レンジ観測ノイズである。ノイズレベルをσGj とし、情報散逸時定数をτとする。
【００３５】
前記対流圏遅延補正部１０は、前記電離層遅延補正部９から出力される信号に対して、例えば対流圏・系内などその他の遅延補正を行い、その補正信号を前記測位計算部１１に出力する機能を有している。前記測位計算部１１は、前記対流圏遅延補正部１０から出力される信号を処理して、受信機位置、CLOCK推定結果などの測位・航法計算用の測位・航法データを外部に出力する機能を有している。
【００３６】
なお、本発明の実施形態においては、電離層遅延係数の推定に当たって、電離層遅延モデルとして、定数変化法を応用した形式のフィルタ推定を使用して、瞬間的なノイズの影響を低減して推定精度を高める構成を採用したが、これに限られるものではなく、同型のアイデアであれば、前記カルマンフィルタに代えて、モデル定数が時間に関する多項式で近似されるように変化すると仮定するスプラインフィルタ（spline filter）の適用等も可能である。斯かるフィルタ推定を用いることにより、観測データの欠落や瞬時的なノイズに対する耐性を獲得することができる。また、各周波の擬似距離観測データに対して同一アルゴリズムを用いて電離層遅延補正量を求め、更に、観測ノイズレベルに応じて重み付けをした最適配分を行って、それぞれの電離層遅延補正量を合成することにより、観測データに含まれる観測ノイズの影響を極小化することができる。
【００３７】
次に、本発明の実施形態に係るＧＰＳ受信機Ａを用いて、電離層遅延補正の処理を行う方法について説明する。
【００３８】
図４に示すように、周波数の異なるＧＰＳ衛星１３，１４，１５，１６から電離層１７に通して地上に出力されるＧＰＳ信号を図１に示すＧＰＳ受信機Ａのアンテナ１が受信すると、そのＧＰＳ信号は受信部２に入力する。この場合、図１に示す局部発振器・シンセサイザ３は、受信機１の基準周波数を生成し、複数のコヒーレント（coherent）な周波数を受信部２及びｃｏｄｅ生成器４に出力している。
【００３９】
受信部２は、前記アンテナ１からのＧＰＳ信号を受信し、局部発振器・シンセサイザ３からの周波数信号に基づいて、前記ＧＰＳ信号に対して周波数変換（down convert）させて、その周波数変換した信号を中間周波数アンプ５に出力する。中間周波数アンプ５で増幅された信号は、ｃｏｄｅ同調・復調部６に入力し、前記信号は、ｃｏｄｅ同調・復調器６により、ｃｏｄｅ生成器４からの信号に基づいてｃｏｄｅ同調処理が行われる。ｃｏｄｅ同調・復調部６は、拡散符号のレプリカの拡散信号との相関を計算し、拡散符号をロックし、航法信号を復調し、その航法信号を相関器・カウンタ７に出力する。
【００４０】
相関器・位相カウンタ７は、ｃｏｄｅ同調・復調部６から出力される信号と、ｃｏｄｅ生成器４から出力される信号を入力として、前記拡散符号のロックの保持のための時間差、搬送ロックを保持するための位相差を計測して、多周波の観測量としての擬似距離データρjをＧＰＳ多周波計測型電離層遅延補正装置Ｂに出力する。
【００４１】
次に前記ＧＰＳ多周波計測型電離層遅延補正装置Ｂで行われる一連の処理について図２に基づいて説明する。
【００４２】
前記ＧＰＳ多周波型電離層遅延補正装置Ｂは、プログラムを実行して、初期設定を行う。
電離層群補正指数νを０に設定し、電離層群補正指数の相対推定標準偏差σを１に設定する。すなわち、この場合、電離層遅延係数Kの先験的範囲として
e-1K0＜K＜e1・K0 (e≒2.718) 程度を想定している。
【００４３】
次に図２のステップＳ１において、ＧＰＳ受信機が計測した多周波の観測量として測定した擬似レンジデータρjが入力すると、観測データとして多周波観測によう擬似レンジρjを読み込む。ＧＰＳ受信機の相関器出力から周期的に擬似レンジデータρjが得られるので、この値を推定プログラムへの入力とする。
【００４４】
また、図２のステップＳ２において、データ部８からの信号に基づいて航法ＭＳＧ（ＧＰＳ位置情報，クロック情報等）を読み込み、ステップＳ３，Ｓ４において、通例通りの衛星クロックの補正及び通例どおりの衛星内遅延の補正を行う。
【００４５】
次に、ステップＳ５において、本発明の特徴である多周波対応の電離層遅延補正の処理を行う。この処理は、推定伝搬過程と、推定更新過程からなる。
【００４６】
前記推定伝搬過程は、推定状態の伝搬過程と、推定標準偏差の伝搬過程からなる。前記推定状態の伝搬過程では、定数変化法を採用しているため、一般のKalman Filter計算過程のうち、この過程は省略できる。また、状態変数νの伝搬については、運動方程式dν／dt＝0の仮定から省略される。
【００４７】
前記推定標準偏差の伝搬過程では、電離層補正指数νの推定標準偏差σに関して、推定情報散逸による伝搬は、次の式に基づいて行われる。
σ＝σ・exp(Δt／τ)
Δtは伝搬のintervalで、具体的には前回更新からの経過時間である。τは推定の情報散逸時定数(プログラム定数)である。
【００４８】
前記推定更新過程は、推定状態の更新過程と、推定標準偏差の更新過程からなる。
【００４９】
前記推定状態の更新過程では、電離層補正指数ν、および電離層遅延補正済み擬似レンジρの更新値を算出する。前記更新は、最小作用原理に基づいて計算する。
この場合、観測作用Aobsを以下の式を以って与える。
Aobs＝0.5Σ(ρj−ρ−K・(fj／fL)-2)2・σGj-2 ρj として観測値を代入する。
また、K≡exp(ν)・M(LST,φ)／cos(E)とする。
観測前推定作用Aest を以下の式を以って与える。
Aest＝0.5・(ν−ν0)2・σ-2 ν0は、更新前のν推定値である。
全作用をA＝Aobs＋Aestとして定義する。
以下の方程式を解いて、電離層群補正係数νの更新値と電離層群遅延補正後の擬似レンジρの推定値を求める。解き方については、供述するように一部にiterationを使用する。
∂A／∂ρ＝0 ； ρに関する 一次式
∂A／∂ν＝0 ； 即ち、 K・∂Aobs／∂K＋(ν−ν0)・σ-2＝０
初期値ν＝ν0 としてNewton法等を用いて一般的な方法で解かれる。或いは逐次近似として、ν＝ν0＋σ2K・∂Aobs／∂K としてνを更新する。
続いて電離層群遅延補正後の擬似レンジρを再計算する。方程式解法の技巧として、逐次近似は１サイクルで十分と判断する。
【００５０】
次に、推定標準偏差の更新の処理は、電離層群補正指数νの推定標準偏差σの更新の処理と、電離層遅延補正済み擬似レンジρの推定標準偏差σGの算出の処理からなる。
【００５１】
電離層群補正指数νの推定標準偏差σの更新について説明する。νに関する共分散更新をσ-2＝σ-2＋∂2Aobs／∂2ν により実行する。
また、∂2Aobs／∂2νは、K・∂Aobs／∂K＋K2∂2Aobs／∂2Kとして計算可能である。
【００５２】
次に電離層遅延補正済み擬似レンジρの推定標準偏差σGの算出について説明する。
電離層群遅延補正後の擬似レンジの推定標準偏差σGを
(σG)-2＝∂2A／∂2ρ＝∂2Aobs／∂2ρ 即ち (σG)-2＝Σ(σGj)-2
により算出する。
【００５３】
以上の処理が終了すると、ステップＳ６において、通例通りの対流圏遅延の補正が行われ、ステップＳ７において、通例通りの測位航法計算が行われ、次に、ステップＳ１に擬似レンジデータ入力に戻る。なお、ステップＳ７において、受信機位置、CLOCK推定結果が出力される。
【００５４】
本発明の実施形態は、以上説明したものに限られるものではない。すなわち、電離層遅延係数Ｋの算出にカルマンフィルタ技術の推定手法を使わずに、観測残差に最小２乗法を適用した一般多周波アルゴリズムだけを採用し、２周波に限定されない(２周波、３周波何れにも適合する)電離層遅延補正方式を実現してもよいものである。また、電離層遅延係数Ｋの算出に採用するカルマンフィルタ技術に代えて、スプライン フィルタ等の技術を採用することで、観測ノイズの影響を低減化するようにしてもよいものである。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上のように本発明は、多周波受信型のＧＰＳ受信機（ＧＰＳＲ）を組み込んだ測量機器、航空、船舶等の航法機器等に、多周波計測型高精度電離層遅延補正機能を組み込むことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態に係るＧＰＳ受信機の概略構成の一例を示すブロック構成図である。
【図２】本発明によるＧＰＳ電離層遅延補正プログラムの処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
Ａ ＧＰＳ受信機
Ｂ 多周波計測型電離層遅延補正装置
９ 電離層遅延補正部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳＲ(ＧＰＳ受信機)による測位・航法の分野に属し、ＧＰＳ電離層遅延補正装置、ＧＰＳ電離層遅延補正方法、ＧＰＳ電離層遅延補正プログラム、ＧＰＳ受信機に関する。特に、擬似レンジデータの電離層遅延補正機構として、２周波に限らず一般的な多周波受信型のＧＰＳＲによる測位・航法に好適に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
従来の２周波受信型ＧＰＳ受信機では、周波数搬送波Ｌ１（１５７５．４２ＭＨｚ）、Ｌ２（１２２７．６ＭＨｚ）の２周波による擬似レンジについての線型結合により、電離層遅延を補正した擬似レンジデータを合成している。
【０００３】
例えば、特許文献１に示す特開２０００−３１０６７４号公報「２衛星を用いた単一周波数のＧＰＳ受信機に対するイオン層修正法」には、一般的なＧＰＳ受信機ではセキュリティの理由から1つの周波数Ｌ１のみしか受信できない点を克服するための技術が開示されている。前記特許文献１の従来技術の欄に記載されているように、２つの異なるＧＰＳ周波数Ｌ１、Ｌ２を用いることができれば、両者の到達時間の差を求めることにより、観測ノイズによる影響を度外視すれば理論上は、電離層の干渉によるＧＰＳ信号の遅延を完全に補正することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の方法は、受信周波数が２波の場合に限定され、将来に予定している複数の周波数Ｌ１，Ｌ２，Ｌ５（１１７６．４５ＭＨｚ）等を含む一般的な多周波のＧＰＳ信号については考慮されていない。したがって、例えば、各擬似レンジデータ、すなわち、ＧＰＳ受信機の時間情報を用いて求めた伝搬時間差から算出したＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機との間のレンジデータの中から、最適な組み合わせのアルゴリズムを用いて、電離層遅延を補正した擬似レンジデータを求めることができない。
【０００５】
また、２周波のＧＰＳ信号の場合、２周波の組み合わせのうち、１周波のデータが欠落することに対して耐性がない。更に、データを取得した１ショットごとの補正であるので、補正値自身が各観測データに含まれる観測ノイズに影響されて左右され易いという課題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３１０６７４号公報（第３頁）
【０００７】
本発明の目的は、２周波に限定せず、２以上の多周波でも、多周波の各観測データを最適に重み付け合成することにより、共通的な同一のアルゴリズムに従って、電離層遅延補正済み擬似距離データを算出することを可能にするＧＰＳ電離層遅延補正装置、その遅延補正方法、そのプログラム、ＧＰＳ受信機を提供することにある。
【０００８】
さらに本発明の目的は、各観測データに含まれる観測ノイズの影響による、電離層遅延の補正量の誤差を最小化するための簡単で実際的な手法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明に係るＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正装置は、多周波の観測量として測定した擬似レンジデータに基づいて電離層遅延係数を推定し、その推定した電離層遅延係数を用いて、電離層遅延補正を行った擬似レンジデータを生成する電離層遅延補正部を有することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明によれば、ＧＰＳ受信機或いは測位ツールで計測した多周波の観測量として測定した擬似レンジデータを収得し、その擬似レンジデータに基づいて電離層遅延係数を推定する。次に、前記推定した電離層遅延係数を用いて、電離層遅延補正を行った擬似レンジデータを生成する。
【００１１】
前記電離層遅延係数を推定するにあたっては、電離層の遅延量を設定する電離層遅延モデルに定数変化法を応用したカルマンフィルタ技術を用いる、或いは前記カルマンフィルタ技術に代えて、モデル定数が時間に関する多項式で近似されるように変化すると仮定するスプラインフィルタ技術を用いる。或いは、観測残差に最小２乗法を適用した多周波アルゴリズムを用いる。
【００１２】
以上のように本発明では、多周波の観測量としての擬似レンジ観測データに基づき、これらの最適合成として電離層遅延を補正した値を算出し、電離層遅延モデルのモデル定数にカルマンフィルタ技術などのフィルタ推定技術を応用して、各観測データに含まれる観測ノイズの影響を極小化して、高精度に電離層遅延補正量を算出する。
【００１３】
本発明は、ＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正装置を構成するコンピュータに電離層遅延補正量を算出させるためのプログラムとして構築してもよいものである。本発明に係るＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正プログラムは、多周波の観測量として測定した擬似レンジデータに基づいて電離層遅延係数を推定し、その推定した電離層遅延係数を用いて、電離層遅延補正を行った擬似レンジデータを生成する機能を実行させる構成として構築する。
【００１４】
前記プログラムは、前記コンピュータに、電離層の遅延量を設定する電離層遅延モデルに定数変化法を応用したカルマンフィルタ技術を用いて、前記電離層遅延係数を推定する機能を実行させる、或いは前記カルマンフィルタ技術に代えて、モデル定数が時間に関する多項式で近似されるように変化すると仮定するスプラインフィルタ技術を用いて、前記電離層遅延係数を推定する機能を実行させる構成として構築してもよいものである。また前記プログラムは、前記コンピュータに、観測残差に最小２乗法を適用した多周波アルゴリズムを用いて、前記電離層遅延係数を推定する機能を実行させる構成として構築してもよいものである。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、２周波の観測データのみに限定せず、２周波以上の一般的な多周波の観測データに対して、最適配分の下に電離層遅延補正値の算出を行うことができる。
【００１６】
さらに、電離層遅延係数の推定に、補正値に対する観測のノイズの影響が極小化されるアルゴリズムを用いているため、電離層遅延補正の精度を向上させることができる。さらに、電離層遅延係数の推定にフィルタ推定を用いるため、データ欠落に対する耐性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
本発明に係るＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正装置は基本的構成として、電離層遅延係数にあたって、カルマンフィルタ技術の推定技術を適用し、フィルタを変分形式に定式化することにより、多周波の観測量として測定した複数の擬似レンジデータに対する対応性を確保する。前記変分形式に定式化する定数変化法(method of variation of constant)とは、線形微分方程式(linear differential equation)の解法の一つで、類似の方程式の解の表式に基づき、表式は流用しながら、解の表式中の一般定数（積分定数）を改めて変数と看做して方程式の変数変換を行う手法を意味する。
【００１９】
さらに、観測ノイズの影響の極小化、測距精度の向上、データ欠落への耐性獲得に配慮して、状態変数の選択に関し、電離層遅延モデルに対して定数変化法を応用した形式を採用する。なお、フィルタを変分形式に定式化する際には、観測作用を「擬似レンジに関する観測残差形式を観測ノイズレベルで規格化した形式の２乗和」によって与えることにより、観測精度の最適配分を実現する。
【００２０】
さらに、本発明に係るＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正装置は、上述したアルゴリズムを利用した電離層遅延補正プログラムを、ＧＰＳ受信機などのコンピュータのＭＰＵ(Micro Processing Unit)に実装し、電離層遅延係数を高精度・高信頼度で推定し、かつ観測量に高精度の電離層遅延補正計算を実施し、補正した擬似レンジデータ、およびpears点での電離層垂直遅延係数を出力する装置である。
【００２１】
本発明に係るＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正装置は、多周波の観測量として測定した擬似レンジデータを読み込み、フィルタ推定により電離層遅延係数を高精度に推定し、かつ、その推定した電離層遅延係数を用いて、観測量として測定した擬似レンジデータに電離層遅延補正計算を実施し、補正した擬似レンジデータを出力する。これにより、電離層遅延を補正した高精度の電離層遅延補正済み擬似レンジデータが出力され、これに基づいて、高精度な測位・航法が可能になる。また、pears点での電離層垂直遅延係数が算出される。なお、前記pears点とは、多周波のＧＰＳ信号の電離層を通り抜ける電離層貫通点を意味する。
【００２２】
次に、本発明に係るＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正装置をＧＰＳ受信機に適用した例を実施形態として説明する。
【００２３】
前記ＧＰＳ受信機Ａは図１に示すように、アンテナ１からＧＰＳ信号を受信する受信部２と、局部発振器（Local Oscillator）・シンセサイザ３と、ｃｏｄｅ生成器４と、中間周波数アンプ５と、ｃｏｄｅ同調・復調部６と、相関器・位相カウンタ７と、本発明に係るＧＰＳ多周波計測型電離層遅延補正装置Ｂを有している。前記ＧＰＳ多周波計測型電離層遅延補正装置Ｂは、ＭＰＵにＧＰＳ電離層遅延補正プログラムによる処理アルゴリズムを実行させて、データ部８と、クロック・遅延補正部９と、電離層遅延補正部１０と、対流圏遅延補正部１１と、測位計算部１２の機能を実行する構成として構築されている。
【００２４】
前記局部発振器・シンセサイザ３は、受信機１の基準周波数を生成し、複数のコヒーレント（coherent）な周波数を出力する機能を有している。前記受信部２は、前記アンテナ１からのＧＰＳ信号を受信し、前記局部発振器・シンセサイザ３からの周波数信号に基づいて、前記ＧＰＳ信号に対して周波数変換（down convert）させて、その周波数変換した信号を前記中間周波数アンプ５に出力する機能を有している。前記中間周波数アンプ５は、前記受信部２から出力される周波数変換された信号を増幅させて、その増幅した信号を前記相関器・カウンタ７に出力する機能を有している。
【００２５】
前記ｃｏｄｅ生成器４は、前記局部発振器・シンセサイザ３からの信号に基づいてＰＲＮｃｏｄｅ信号を生成し、そのＰＲＮｃｏｄｅ信号を前記相関器・カウンタ７に出力する機能を有している。前記ｃｏｄｅ同調・復調部６は、前記ｃｏｄｅ生成器４からの信号に基づいてｃｏｄｅ同調処理を行い、拡散符号のレプリカの拡散信号との相関を計算し、拡散符号をロックし、航法信号を復調し、その航法信号を前記相関器・カウンタ７に出力する機能を有している。
【００２６】
前記相関器・カウンタ７は、前記拡散符号のロックの保持のための時間差、搬送ロックを保持するための位相差を計測して、多周波の擬似レンジデータρjと搬送波位相データΦjとを出力すると共に、その結果に基づいて航法（Ｎａｖ）ＭＳＧパラメータを生成してＧＰＳ電離層遅延補正装置Ｂに出力する機能を有している。
【００２７】
以上の構成により、ＧＰＳ受信機の擬似距離計測機能により、多周波の観測量として測定した擬似レンジデータρjが算出される。なお、前記ｊは周波数に関するインデックスである。
【００２８】
前記ＧＰＳ電離層遅延補正装置Ｂの前記データ部８は、前記相関器・位相カウンタ７が出力する多周波の観測量としての擬似レンジデータρjを取得する機能を有している。前記前記電離層遅延補正部９は、前記データ部８が取得した前記擬似レンジデータρj対して、衛星クロックの補正処理と衛星内遅延の補正処理及び、多重周波数対応の高精度電離層遅延補正の処理を行う機能を有している。
【００２９】
本発明の実施形態での特徴は、前記電離層遅延補正部９による多重周波数対応の高精度電離層遅延補正の処理にある。すなわち、前記電離層遅延補正部９は、前記データ部８から出力される信号に対して、定数変化法を応用したフィルタ推定を電離層遅延モデルとして採用して、観測した多周波の擬似距離データρjに関する電離層垂直遅延係数を高精度に推定する。更に、前記推定した電離層遅延係数を用いて、観測した多周波の擬似レンジデータに対して電離層遅延補正計算を施し、かつ、観測ノイズレベルに応じて最適に重み付けした配分により電離層遅延補正量を合成して、電離層遅延補正済みの擬似レンジデータを出力する機能を有している。
【００３０】
具体的に説明すると、前記前記電離層遅延補正部９は、推定系の初期設定の後、略標準的なカルマンフィルタ技術の手法に基づき、下記のデータ処理を行う。すなわち、
１）観測データとして測定した多周波の擬似レンジρjを取得する。
２）前回取得時刻から、最新のデータ取得までの電離層群遅延補正指数νの推定標準偏差σを伝搬する。
３）観測データ(多周波の擬似レンジデータρj )に基づく電離層群遅延補正指数νの推定値ν0とその推定標準偏差σを更新する。
４）電離層遅延係数Kの推定値を更新する。前記電離層遅延係数Ｋは、後述するように電離層群遅延補正指数νの函数として定義されている。
５）最適合成により、電離層遅延補正済み擬似レンジρとそのnoise level σG を算出する。
【００３１】
前記電離層遅延係数Ｋは、図４に示す各ＧＰＳ衛星１３，１４，１５，１６の測位信号についての電離層群遅延をK・(fL／fj)-2 として表現した際の比例係数である。前記電離層遅延係数Ｋに対する既存の電離層遅延モデルM（LST,φ）に補正因子exp(ν) を考慮して、K＝exp(ν)・M(LST,φ)／cos(E) として与える。
【００３２】
前記電離層遅延モデルのMは、電離層の垂直遅延量に関するモデル式で、ＧＰＳでは例えばKlobuchar Modelが知られている。前記電離層遅延モデルのLSTはpears点のLocal Sun Time、前記電離層遅延モデルのφは磁気緯度である。また、信号のEは図４に示す電離層交角を表す。これらは、GPS衛星とユーザの位置、受信時刻の概略が得られれば決まる量である。
【００３３】
前記電離層群遅延の変化についてはモデルが概略を捉えているから、ある時間尺度τで見れば、νは定数であると言える。即ち、上記の変換は1種の定数変化法の考え方の応用と言える。
【００３４】
上記の概要の下に電離層遅延補正指数のフィルタを次の様に定義する。すなわち、
状態変数：ν (群遅延補正指数)
運動方程式 dν/dt＝0
観測量としては、擬似レンジデータρjを考える。観測方程式は以下の通りである。慣性系表現とし、光速C＝1とする。
ρj＝ρ＋K・(fj／fL)-2＋NGj
なお、ρ＝電離層補正済み擬似距離、NGj＝擬似レンジ観測ノイズである。ノイズレベルをσGj とし、情報散逸時定数をτとする。
【００３５】
前記対流圏遅延補正部１０は、前記電離層遅延補正部９から出力される信号に対して、例えば対流圏・系内などその他の遅延補正を行い、その補正信号を前記測位計算部１１に出力する機能を有している。前記測位計算部１１は、前記対流圏遅延補正部１０から出力される信号を処理して、受信機位置、CLOCK推定結果などの測位・航法計算用の測位・航法データを外部に出力する機能を有している。
【００３６】
なお、本発明の実施形態においては、電離層遅延係数の推定に当たって、電離層遅延モデルとして、定数変化法を応用した形式のフィルタ推定を使用して、瞬間的なノイズの影響を低減して推定精度を高める構成を採用したが、これに限られるものではなく、同型のアイデアであれば、前記カルマンフィルタに代えて、モデル定数が時間に関する多項式で近似されるように変化すると仮定するスプラインフィルタ（spline filter）の適用等も可能である。斯かるフィルタ推定を用いることにより、観測データの欠落や瞬時的なノイズに対する耐性を獲得することができる。また、各周波の擬似距離観測データに対して同一アルゴリズムを用いて電離層遅延補正量を求め、更に、観測ノイズレベルに応じて重み付けをした最適配分を行って、それぞれの電離層遅延補正量を合成することにより、観測データに含まれる観測ノイズの影響を極小化することができる。
【００３７】
次に、本発明の実施形態に係るＧＰＳ受信機Ａを用いて、電離層遅延補正の処理を行う方法について説明する。
【００３８】
図４に示すように、周波数の異なるＧＰＳ衛星１３，１４，１５，１６から電離層１７に通して地上に出力されるＧＰＳ信号を図１に示すＧＰＳ受信機Ａのアンテナ１が受信すると、そのＧＰＳ信号は受信部２に入力する。この場合、図１に示す局部発振器・シンセサイザ３は、受信機１の基準周波数を生成し、複数のコヒーレント（coherent）な周波数を受信部２及びｃｏｄｅ生成器４に出力している。
【００３９】
受信部２は、前記アンテナ１からのＧＰＳ信号を受信し、局部発振器・シンセサイザ３からの周波数信号に基づいて、前記ＧＰＳ信号に対して周波数変換（down convert）させて、その周波数変換した信号を中間周波数アンプ５に出力する。中間周波数アンプ５で増幅された信号は、ｃｏｄｅ同調・復調部６に入力し、前記信号は、ｃｏｄｅ同調・復調器６により、ｃｏｄｅ生成器４からの信号に基づいてｃｏｄｅ同調処理が行われる。ｃｏｄｅ同調・復調部６は、拡散符号のレプリカの拡散信号との相関を計算し、拡散符号をロックし、航法信号を復調し、その航法信号を相関器・カウンタ７に出力する。
【００４０】
相関器・位相カウンタ７は、ｃｏｄｅ同調・復調部６から出力される信号と、ｃｏｄｅ生成器４から出力される信号を入力として、前記拡散符号のロックの保持のための時間差、搬送ロックを保持するための位相差を計測して、多周波の観測量としての擬似距離データρjをＧＰＳ多周波計測型電離層遅延補正装置Ｂに出力する。
【００４１】
次に前記ＧＰＳ多周波計測型電離層遅延補正装置Ｂで行われる一連の処理について図２に基づいて説明する。
【００４２】
前記ＧＰＳ多周波型電離層遅延補正装置Ｂは、プログラムを実行して、初期設定を行う。
電離層群補正指数νを０に設定し、電離層群補正指数の相対推定標準偏差σを１に設定する。すなわち、この場合、電離層遅延係数Kの先験的範囲として
e-1K0＜K＜e1・K0 (e≒2.718) 程度を想定している。
【００４３】
次に図２のステップＳ１において、ＧＰＳ受信機が計測した多周波の観測量として測定した擬似レンジデータρjが入力すると、観測データとして多周波観測によう擬似レンジρjを読み込む。ＧＰＳ受信機の相関器出力から周期的に擬似レンジデータρjが得られるので、この値を推定プログラムへの入力とする。
【００４４】
また、図２のステップＳ２において、データ部８からの信号に基づいて航法ＭＳＧ（ＧＰＳ位置情報，クロック情報等）を読み込み、ステップＳ３，Ｓ４において、通例通りの衛星クロックの補正及び通例どおりの衛星内遅延の補正を行う。
【００４５】
次に、ステップＳ５において、本発明の特徴である多周波対応の電離層遅延補正の処理を行う。この処理は、推定伝搬過程と、推定更新過程からなる。
【００４６】
前記推定伝搬過程は、推定状態の伝搬過程と、推定標準偏差の伝搬過程からなる。前記推定状態の伝搬過程では、定数変化法を採用しているため、一般のKalman Filter計算過程のうち、この過程は省略できる。また、状態変数νの伝搬については、運動方程式dν／dt＝0の仮定から省略される。
【００４７】
前記推定標準偏差の伝搬過程では、電離層補正指数νの推定標準偏差σに関して、推定情報散逸による伝搬は、次の式に基づいて行われる。
σ＝σ・exp(Δt／τ)
Δtは伝搬のintervalで、具体的には前回更新からの経過時間である。τは推定の情報散逸時定数(プログラム定数)である。
【００４８】
前記推定更新過程は、推定状態の更新過程と、推定標準偏差の更新過程からなる。
【００４９】
前記推定状態の更新過程では、電離層補正指数ν、および電離層遅延補正済み擬似レンジρの更新値を算出する。前記更新は、最小作用原理に基づいて計算する。
この場合、観測作用Aobsを以下の式を以って与える。
Aobs＝0.5Σ(ρj−ρ−K・(fj／fL)-2)2・σGj-2 ρj として観測値を代入する。
また、K≡exp(ν)・M(LST,φ)／cos(E)とする。
観測前推定作用Aest を以下の式を以って与える。
Aest＝0.5・(ν−ν0)2・σ-2 ν0は、更新前のν推定値である。
全作用をA＝Aobs＋Aestとして定義する。
以下の方程式を解いて、電離層群補正係数νの更新値と電離層群遅延補正後の擬似レンジρの推定値を求める。解き方については、供述するように一部にiterationを使用する。
∂A／∂ρ＝0 ； ρに関する 一次式
∂A／∂ν＝0 ； 即ち、 K・∂Aobs／∂K＋(ν−ν0)・σ-2＝０
初期値ν＝ν0 としてNewton法等を用いて一般的な方法で解かれる。或いは逐次近似として、ν＝ν0＋σ2K・∂Aobs／∂K としてνを更新する。
続いて電離層群遅延補正後の擬似レンジρを再計算する。方程式解法の技巧として、逐次近似は１サイクルで十分と判断する。
【００５０】
次に、推定標準偏差の更新の処理は、電離層群補正指数νの推定標準偏差σの更新の処理と、電離層遅延補正済み擬似レンジρの推定標準偏差σGの算出の処理からなる。
【００５１】
電離層群補正指数νの推定標準偏差σの更新について説明する。νに関する共分散更新をσ-2＝σ-2＋∂2Aobs／∂2ν により実行する。
また、∂2Aobs／∂2νは、K・∂Aobs／∂K＋K2∂2Aobs／∂2Kとして計算可能である。
【００５２】
次に電離層遅延補正済み擬似レンジρの推定標準偏差σGの算出について説明する。
電離層群遅延補正後の擬似レンジの推定標準偏差σGを
(σG)-2＝∂2A／∂2ρ＝∂2Aobs／∂2ρ 即ち (σG)-2＝Σ(σGj)-2
により算出する。
【００５３】
以上の処理が終了すると、ステップＳ６において、通例通りの対流圏遅延の補正が行われ、ステップＳ７において、通例通りの測位航法計算が行われ、次に、ステップＳ１に擬似レンジデータ入力に戻る。なお、ステップＳ７において、受信機位置、CLOCK推定結果が出力される。
【００５４】
本発明の実施形態は、以上説明したものに限られるものではない。すなわち、電離層遅延係数Ｋの算出にカルマンフィルタ技術の推定手法を使わずに、観測残差に最小２乗法を適用した一般多周波アルゴリズムだけを採用し、２周波に限定されない(２周波、３周波何れにも適合する)電離層遅延補正方式を実現してもよいものである。また、電離層遅延係数Ｋの算出に採用するカルマンフィルタ技術に代えて、スプライン フィルタ等の技術を採用することで、観測ノイズの影響を低減化するようにしてもよいものである。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上のように本発明は、多周波受信型のＧＰＳ受信機（ＧＰＳＲ）を組み込んだ測量機器、航空、船舶等の航法機器等に、多周波計測型高精度電離層遅延補正機能を組み込むことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態に係るＧＰＳ受信機の概略構成の一例を示すブロック構成図である。
【図２】本発明によるＧＰＳ電離層遅延補正プログラムの処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】ＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
Ａ ＧＰＳ受信機
Ｂ 多周波計測型電離層遅延補正装置
９ 電離層遅延補正部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多周波の観測量として測定した擬似距離データに基づいて電離層遅延係数を推定し、その推定した電離層遅延係数を用いて、電離層遅延補正を行った擬似レンジデータを生成する電離層遅延補正部を有することを特徴とするＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正装置。
【請求項２】
前記電離層遅延補正部は、電離層の遅延量を設定する電離層遅延モデルに定数変化法を応用したカルマンフィルタ技術を用いて、前記電離層遅延係数を推定することを特徴とする請求項１に記載のＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正装置。
【請求項３】
前記電離層遅延補正部は、前記カルマンフィルタ技術に代えて、モデル定数が時間に関する多項式で近似されるように変化すると仮定するスプラインフィルタ技術を用いることを特徴とする請求項２に記載のＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正装置。
【請求項４】
前記電離層遅延補正部は、観測残差に最小２乗法を適用した多周波アルゴリズムを用いて、前記電離層遅延係数を推定することを特徴とする請求項１に記載のＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正装置。
【請求項５】
ＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正装置を構成するコンピュータに、
多周波の観測量として測定した擬似レンジデータに基づいて電離層遅延係数を推定し、その推定した電離層遅延係数を用いて、電離層遅延補正を行った擬似レンジデータを生成する機能を実行させることを特徴とするＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正プログラム。
【請求項６】
前記コンピュータに、電離層の遅延量を設定する電離層遅延モデルに定数変化法を応用したカルマンフィルタを用いて、前記電離層遅延係数を推定する機能を実行させることを特徴とする請求項５に記載のＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正プログラム。
【請求項７】
前記コンピュータに、前記カルマンフィルタに代えて、モデル定数が時間に関する多項式で近似されるように変化すると仮定するスプラインフィルタを用いて、前記電離層遅延係数を推定する機能を実行させることを特徴とする請求項６に記載のＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正プログラム。
【請求項８】
前記コンピュータに、観測残差に最小２乗法を適用した多周波アルゴリズムを用いて、前記電離層遅延係数を推定する機能を実行させることを特徴とする請求項５に記載のＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正プログラム。
【請求項９】
多周波の観測量として測定した擬似レンジデータを取得する第１のステップと、
前記擬似レンジデータに基づいて電離層遅延係数を推定し、その推定した電離層遅延係数を用いて、電離層遅延補正を行った擬似レンジデータを生成する第２のステップを実行することを特徴とするＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正方法。
【請求項１０】
電離層の遅延量を設定する電離層遅延モデルに定数変化法を応用したカルマンフィルタ技術を用いて、前記電離層遅延係数を推定することを特徴とする請求項９に記載のＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正方法。
【請求項１１】
前記カルマンフィルタ技術に代えて、モデル定数が時間に関する多項式で近似されるように変化すると仮定するスプラインフィルタ技術を用いて、前記電離層遅延係数を推定することを特徴とする請求項１０に記載のＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正方法。
【請求項１２】
観測残差に最小２乗法を適用した多周波アルゴリズムを用いて、前記電離層遅延係数を推定することを特徴とする請求項１０に記載のＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正方法。
【請求項１】
多周波の観測量として測定した擬似距離データに基づいて電離層遅延係数を推定し、その推定した電離層遅延係数を用いて、電離層遅延補正を行った擬似レンジデータを生成する電離層遅延補正部を有することを特徴とするＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正装置。
【請求項２】
前記電離層遅延補正部は、電離層の遅延量を設定する電離層遅延モデルに定数変化法を応用したカルマンフィルタ技術を用いて、前記電離層遅延係数を推定することを特徴とする請求項１に記載のＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正装置。
【請求項３】
前記電離層遅延補正部は、前記カルマンフィルタ技術に代えて、モデル定数が時間に関する多項式で近似されるように変化すると仮定するスプラインフィルタ技術を用いることを特徴とする請求項２に記載のＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正装置。
【請求項４】
前記電離層遅延補正部は、観測残差に最小２乗法を適用した多周波アルゴリズムを用いて、前記電離層遅延係数を推定することを特徴とする請求項１に記載のＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正装置。
【請求項５】
ＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正装置を構成するコンピュータに、
多周波の観測量として測定した擬似レンジデータに基づいて電離層遅延係数を推定し、その推定した電離層遅延係数を用いて、電離層遅延補正を行った擬似レンジデータを生成する機能を実行させることを特徴とするＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正プログラム。
【請求項６】
前記コンピュータに、電離層の遅延量を設定する電離層遅延モデルに定数変化法を応用したカルマンフィルタを用いて、前記電離層遅延係数を推定する機能を実行させることを特徴とする請求項５に記載のＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正プログラム。
【請求項７】
前記コンピュータに、前記カルマンフィルタに代えて、モデル定数が時間に関する多項式で近似されるように変化すると仮定するスプラインフィルタを用いて、前記電離層遅延係数を推定する機能を実行させることを特徴とする請求項６に記載のＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正プログラム。
【請求項８】
前記コンピュータに、観測残差に最小２乗法を適用した多周波アルゴリズムを用いて、前記電離層遅延係数を推定する機能を実行させることを特徴とする請求項５に記載のＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正プログラム。
【請求項９】
多周波の観測量として測定した擬似レンジデータを取得する第１のステップと、
前記擬似レンジデータに基づいて電離層遅延係数を推定し、その推定した電離層遅延係数を用いて、電離層遅延補正を行った擬似レンジデータを生成する第２のステップを実行することを特徴とするＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正方法。
【請求項１０】
電離層の遅延量を設定する電離層遅延モデルに定数変化法を応用したカルマンフィルタ技術を用いて、前記電離層遅延係数を推定することを特徴とする請求項９に記載のＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正方法。
【請求項１１】
前記カルマンフィルタ技術に代えて、モデル定数が時間に関する多項式で近似されるように変化すると仮定するスプラインフィルタ技術を用いて、前記電離層遅延係数を推定することを特徴とする請求項１０に記載のＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正方法。
【請求項１２】
観測残差に最小２乗法を適用した多周波アルゴリズムを用いて、前記電離層遅延係数を推定することを特徴とする請求項１０に記載のＧＰＳＲ多周波計測型電離層遅延補正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−３４９６７２（Ｐ２００６−３４９６７２Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４００９１（Ｐ２００６−１４００９１）
【出願日】平成１８年５月１９日（２００６．５．１９）
【出願人】（３０１０７２６５０）ＮＥＣ東芝スペースシステム株式会社 (62)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１９日（２００６．５．１９）
【出願人】（３０１０７２６５０）ＮＥＣ東芝スペースシステム株式会社 (62)
【Ｆターム（参考）】
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