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JP2711255B2 - 精密なダイナミック差分位置把握方法 - Google Patents
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JP2711255B2 - 精密なダイナミック差分位置把握方法 - Google Patents

精密なダイナミック差分位置把握方法

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JP2711255B2
JP2711255B2 JP62503181A JP50318187A JP2711255B2 JP 2711255 B2 JP2711255 B2 JP 2711255B2 JP 62503181 A JP62503181 A JP 62503181A JP 50318187 A JP50318187 A JP 50318187A JP 2711255 B2 JP2711255 B2 JP 2711255B2
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アール． ハツチ，ロナルド
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Description

【発明の詳細な説明】 説明の要約 或る地点に固定した受信器を基準にして、遠隔地の移
動可能な受信器の位置座標を迅速かつ正確に測定する方
法及び装置。この方法は４ケ又はそれ以上の数の軌道飛
行中のGPS衛星から発信された搬送波信号L1及びL2の連
続した符号測定値と搬送波位相測定値を用いる。各衛星
／受信器系に於ける搬送波信号L1及びL2の符号測定値の
加重平均に基づく符号測定値を対応する搬送波位相に応
じて調整して搬送波差信号L1−L2を求め、更に或る時間
に亘って平滑する。これにより遠隔地の受信器の位置座
標を次第にその精度を増しながら迅速に測定できる。処
理開始後２分か３分で通常の搬送波位相処理が実行でき
１センチ以内の精度で位置測定が行える。 発明の背景 本発明は複数の軌道飛行衛星から発射された信号を用
いる位置把握方式に関し、特に位置座標が分っている受
信器を基準にして遠隔地に在る受信器の位置座標を測定
する衛星準拠の差分位置把握方式に関する。 全地球位置把握システム（GPS）の如き衛星準拠の位
置把握方式が受信器の位置座標を正確かつ精度良く測定
するのに現在非常に広く用いられている。これらの方式
は応用分野が非常に広く、測定に費す時間によって受信
器の位置をセンチメートル以下の精度まで測定できる。 GPSでは、明確に定められた極軌道に沿って地球を周
回する多数の衛星がその軌道上の位置を正確に示す信号
を常に発信している。各衛星はふたつの被変調搬送波信
号を発信する。これらの信号をここではL1、及びL2とす
る。夫々の衛星からの信号はすべてふたつの同じ周波数
で発信されるが各衛星毎に独自の擬似ランダムディジタ
ル符号で変調されている。各衛星信号は精密な内部クロ
ックに基づくものである。受信器は重畳された被変調搬
送波信号L1及びL2を検出し、各検出信号の符号及び搬送
波位相のいずれか一方又は両方を受信器自身の内部クロ
ックを基準にして測定する。これらの検出された符号及
び搬送波位相を用いて受信器の位置座標を測定できる。 絶対位置把握方式、即ち、或る受信器の位置座標を近
隣の基準受信器に関係なく測定する方式では、位置測定
は電離層による誤差を伴う。電離層により被変調信号は
群遅延を生じ被変調符号の検出が遅れる。この結果、信
号発信衛星の位置が実際よりも更に遠くにあるように見
えることになる。この誤差は通常は10メートル位である
が数100メートルにもなることがある。 これとは対照的に同じ電離層により搬送波信号の位相
が進み、その大きさは検出された符号位相の遅れの大き
さと等しい。電離層によって生じる距離測定誤差は信号
L1及びL2の搬送波位相測定地の適当な組合せに応じて信
号L1及びL2の符号測定地を調整することにより補正でき
る。このような方法は、ロナルド・アール・ハッチ著
「GPS符号及び搬送波測定の相乗作用」、マグナヴォッ
クス・テクニカル・ペーパー、HX−TM−3353−82、1982
年１月発行に述べられている。 上記の電離層による測定誤差補正方法は絶対位置把握
方式に於いて電離層による距離測定誤差を無くす点では
略々満足できるが、全面的に満足すべきものでないこと
が分った。その理由は補正処理によりノイズレベルが著
しく上ることと、一般にこの補正処理では、十分正確な
測定値を得るには非常に多くの独立した測定値を処理し
なければならないからである。 しばしば位置座標が分っている基準地点に配置された
基準受信器が遠隔地にある受信器と同時に衛星信号を受
信することがある。もし基準受信器とそれから離れたと
ころにある受信機器との間の距離が十分短い、例えば50
〜100キロ以内ならば、電離層は両方の受信器で受信す
る各種の衛星信号に対し略々等しい影響を与えると考え
られる。この場合、ふたつの受信器で同時に受信した信
号を適当に組み合わせれば、電離層による誤差発生の影
響を略々取除くことができ、その結果、基準受信器の位
置座標に基づいて遠隔地の受信器の位置座標を正確に測
定できる。 基準受信器及び遠隔地の受信器により同時に受信した
信号を適当な組み合わせ、それにより電離層による誤差
発生の原因を取除くためには、遠隔地の受信器の位置標
の初期予測をする必要がある。この受信器の初期の相対
的位置を得る最も簡単な方法は予め測量した標識地点に
受信器を配置することである。然しながら残念なことに
そのような標識地点は必らずしも利用できるとは限らな
い。基準となる受信器の位置座標に対して遠隔地の受信
器の初期の位置座標を測定する他の方法は両方で搬送波
信号L1の検出を続けながらふたつの受信器についてアン
テナを交換することである。このようにすると、ふたつ
のアンテナ間の相対的移動距離が見掛け上それらの間の
ベクトル距離の２倍となる。この見掛けの移動距離は半
分にすることができ、ふたつの受信器間の初期オフセッ
ト値として用いることができる。 上述の初期相対位置決定方法の両方とも、検出中の搬
送波信号L1の数がロックの喪失か信号経路の障害かで４
ケ以下となると処理を繰返し行わなればならない欠点が
有る。これは一般に非常に多くの時間がかかるので望ま
しいことではない。 差分位置把握方式に於いて遠隔地の受信器と基準とな
る受信器の初期相対位置を測定する方法として過去に提
案された他の方法は、遠隔地の受信器をその位置座標が
約10センチ以内の精度で再び得られるまで一定の地点に
とどめておく方法である。これによれば、搬送波信号L1
及びL2の位相及び符号測定値を処理する普通の固定地点
位置把握方法を利用できる。然しながら残念なことにこ
れらの方法では一般に所望の精度を得るのに最低10分の
時間が必要である。 従って、遠隔地の受信器の移動に如何なる条件も加え
ることなく、また、不必要に時間をかけることもなく、
一定の地点に固定された受信器を基準として遠隔地に在
る受信器の初期位置座標を測定する装置及び方法が求め
られていることが理解できるであろう。 発明の概要 本発明は遠隔地に在る受信器の初期の移動に何等の条
件も課すことなく、その初期の位置測定に不必要に時間
をかけることなく位置座標が分っている受信器を基準と
して遠隔地の受信器の位置座標を測定する装置及びそれ
に関連する方法である。本発明の方法では、多数のGPS
衛星より発信された被変調搬送波信号L1及びL2の両方を
用いる。検出搬送波信号の数が瞬間的に所要の数より少
くなったとしても、本発明の方法によれば、遠隔地の受
信器の移動に何等特別な条件を加えることなく、また不
当な時間遅れも生ずることなく遠隔地の受信器の位置座
標を再び測定することができる。 本発明の方法に於いては、最初のステップで一連の時
点毎に基準となる受信器及び遠隔地に在る受信器両方か
ら４ケ又はそれ以上のGPS衛星夫々までの距離を測定す
る。この最初の測定ステップには、各衛星／受信器系に
ついて各時点で符号測定値を得るために信号L1及びL2の
符号を検出するステップと各衛星／受信器系について各
時点で搬送波位相測定値を得るために信号L1及びL2の搬
送波位相を検出するステップとを含む。これらの連続す
る符号測定値を、それと同時点の対応する搬送波位相測
定値とそれ以前のすべての時点での符号及び位相測定値
に応じて平滑化する。これにより各衛星／受信器系につ
いて各時点で搬送波調整符号測定値が得られる。 次に基準受信器についての平滑化された搬送波調整符
号測定値を、平滑化された符号測定値夫々に対する誤差
値を得るために基準受信器の既知の位置座標及び４ケ又
はそれ以上の衛星の既知の軌道に基づく理論的な距離の
値と比較する。これらの誤差値に基づいて衛星のクロッ
ク誤差が測定される。次に、各衛星についての一連の補
正距離測定値を得るために遠隔地の受信器についての連
続する平滑化された符号測定値を調整して衛星のクロッ
ク誤差の影響を取除く。最後に遠隔地点の予測位置座標
は補正した距離測定値の誤差が最小となるような位置座
標であると決定する。 更に本発明によれば、測定の最初のステップで得た符
号測定値は、個別に検出した信号L1及びL2の符号の加重
平均を算出して得る。このようにすればノイズレベルが
個々の信号L1及びL2の符号測定値のレベルよりも低下す
る。更に、これらの符号レンヂ測定値を信号L1及びL2の
搬送波位相測定値の位相差に応じて調整できる。この位
相は搬送波信号L1及びL2夫々の波長よりも非常に長い波
長を表わしており、これにより各系の全サイクル数をよ
り迅速に測定でき、従って遠隔地の受信器の位置座標を
より迅速にかつより精度良く測定できることになる。 更に本発明によれば、平滑化ステップは、各符号測定
値の期待値を、対応するそれ以前の時点についての平滑
化された符号測定値及び対応する同一時点とそれ以前の
時点についての搬送波位相測定値に基づいて算出するス
テップから始めることができる。現時点に関する平滑化
された符号測定値は現時点の符号測定値の加重平均及び
それらに対応する符号測定期待値を算出すれば得られ
る。 位置座標を測定する最終ステップは、前述の平滑化さ
れた符号測定値を調整するステップで得られた補正レン
ジ値と理論的なレンジ値との差分を、遠隔地の受信器位
置座標の予測値と既知の衛星軌道とに基づいてとるステ
ップから始めることができる。この処理により各時点で
の誤差値が得られる。次にこの誤差値が最小となるよう
に遠隔地の受信器位置座標の予測値を調整する。この方
法は、位置座標をそれ以前の時点での調整予測値に基い
て予測しながら実時間で反復して行うことができる。 更に本発明によれば、遠隔地の受信器についての信号
L1及びL2の搬送波位相測定値と前述の調整ステップで得
られた対応する補正レンジ測定値との差分をとることに
より遠隔地の受信器の位置座標を更に正確に予測でき
る。この処理により各時点での誤差値が得られる。そこ
でこの誤差値が最小となるような位置座標を各時点につ
いて測定できる。更にこの同じ処理を最初に信号L1又は
L2の搬送波位相測定値を用い次に信号L1及びL2の搬送波
位相測定値を用いて行うことにより位置測定の精度を更
に高めることができる。 本発明の他の特徴及び利点は、本発明の原理を例示す
る添附図面を参照して好ましい実施例を以下に詳細説明
するところから明らかになるであろう。 図面の簡単な説明 第１図は位置座標が分っている基準地点に配置された
受信器と位置座標が未知の遠隔地点に配置された移動可
能な受信器とを有し、これら受信器が遠隔地点の位置座
標を測定するために４ケ又はそれ以上の軌道飛行衛星か
らの信号を検出するダイナミック差分位置把握方式の略
線図（not to scale）で、 第２図は第１図に示す遠隔地の移動可能な受信器の位
置座標を実時間で正確に測定するに際して本発明の装置
が実行する演算ステップを簡略に示すフローチャート
で、更に、 第３図は如何に連続する符号測定値を平滑化してその
精度を上げるかを示す略線図である。 好ましい実施例の説明 添附の図面に示すように、本発明は複数の軌道飛行衛
星（13）からの信号を用いて遠隔地の移動可能な受信器
（11）の位置座標を正確に測定する装置に適用する。こ
の装置は全地球位置把握システム（GPS）に組込んで特
に有効であり、各衛星は夫々異なる擬似ランダムディジ
タル符号で変調したふたつの搬送波信号L1及びL2を発信
する。基準となる受信器（15）は位置座標が分っている
基準地点に配置され、この地点は遠隔地の移動可能な受
信器（11）から50〜100キロも離れて設定できる。図面
では４ケの衛星が示されており、従って８本の系（17）
が衛星と２台の受信器との間に形成される。 ４ケの衛星（13）からの搬送波信号L1及びL2はふたつ
の同じ周波数で発射されるが、各搬送波信号は夫々独自
の擬似ランダムディジタル符号で変調されている。遠隔
地の受信器（11）及び基準受信器（15）は重畳された到
来被変調搬送波信号を受信するアンテナ（19）及び（2
1）を夫々有し、受信器は受信信号を互いに分離し各到
来信号の符号位相と搬送波位相とを測定する。これらの
符号位相と搬送波位相測定値は夫々の受信器（11）及び
（15）から線路（23）及び（25）を介してデータ処理装
置（27）に送られて位置測定に用いられる。 遠隔地の受信器（11）と基準受信器（15）は連続して
符号及び搬送波位相測定を行う。例えば、一連の新しい
測定値を３秒毎に線路（23）及び（25）を介してデータ
処理装置（27）に送ることができる。 データ処理装置（27）は線路（23）及び（25）を介し
て受信するこれらの連続する符号及び搬送波位相測定値
を実時間で処理して順次より正確な位置測定を行う。こ
こで注意すべきことは、遠隔地の受信器（11）の移動が
データ処理装置の実行するアルゴリズムによって何等の
拘束も受けないことである。測定が順次行われている間
この受信器は自由に移動でき、一方データ処理装置では
順次より正確な位置測定値を得る。データの処理開始後
２分から３分とゆう短時間で約１センチ以内の測定精度
が得られる。 遠隔地の受信器の位置座標をこのように迅速に測定で
きまたその受信器の位置移動に何等の初期拘束を必要と
しないのは、連続する符号及び搬送波位相測定値を特別
なアルゴリズを用いて組み合わせるからである。特に、
特別なふたつのステップを使って測定の精度と速度を高
める。第１に、ノイズを減少させるため各衛星／受信器
系（17）での信号L1及びL2の符号測定値を平均化する。
第２に、各衛星／受信器系での信号L1及びL2の搬送波位
相測定値の差分をとり信号L1及びL2の搬送波の波長より
も可成り大きな実行波長を得る。これによって各系に於
ける全搬送波サイクル数を確認する時間が短くなり、従
って信号L1の通常の搬送波位相測定が早められる。 本発明の好ましい方法は第２図について述べることか
ら更に良く理解されるであろう。第２図は遠隔地の受信
器の位置座標を正確に測定するためのステップを簡略化
して示す。 最初のステップ（31）では、基準受信器（15）及び遠
隔地の受信器（11）が４ケ又はそれ以上の衛星（13）の
すべてから発射された搬送波信号L1及びL2両方の現在の
符号と搬送波位相を測定する。これらの測定は現在受信
中の信号について行われ後でこのステップ（31）が行わ
れる時に再び繰返される。その都度、搬送液位相測定値
は従来の方法で圧縮することができ、それによって連続
測定値に於ける位相ノイズの大きさが小さくなる。例え
ば測定値は200ミリ秒毎に得ることができ３秒に一度更
新される平均値に圧縮できる。 次のステップ（33）では、各衛星／受信器系（17）毎
にひとつの符号測定値を得るために各系での信号L1及び
L2の符号測定値を互いに平均する。これにより測定値の
実行ノイズが減少し約1.4の実効利得が得られる。信号L
1及びL2の測定値を組み合わせて以下のように周波数加
重平均を得るのが好ましい。 P(n)＝（L1＊P1＋L2＊P2）／（L1＋L2） 但し、 P(n)＝ｎ番目の時点での加重平均符号測定値 L1＝搬送波信号L1の周波数 L2＝搬送波信号L2の周波数 P1＝ｎ番目の時点での信号L1の符号測定値 P2＝ｎ番目の時点での信号L2の符号測定値 次のステップ（35）では、搬送波信号L1の波長（即ち
1.9センチ）又は搬送波信号L2の波長（即ち24センチ）
のいずれかよりも可成り長い波長（即ち86センチ）を有
する差分搬送波についての位相測定値を得るために夫々
対応する対の信号L1及びL2の搬送波位相測定値の差分を
とる。これを方程式で表わすと次のようになる。 Ｃ（ｎ）＝C1−C2 但し、 Ｃ（ｎ）＝ｎ番目の時点での（L1−
L2）の搬送波測定値 C1＝ｎ番目の時点での信号L1の搬送波位相測定値 C2＝ｎ番目の時点での信号L2の搬送波位相測定値 このように差分搬送波の位相測定値は非常に粗いの
で、各系に存在する全搬送波差分サイクル数のより迅速
な測定が容易になる。この測定により最終的には遠隔地
の受信器の位置座標を最高の精度で迅速に測定できるこ
とになる。 本発明の方法の次のステップ（37）では、各衛星／受
信器系（17）毎に現時点での所謂平滑化されたレンヂ値
を求める。この平滑化されたレンヂ値は、（ステップ
（33）で得た）現在の符号測定値と、（ステップ（37）
で得た）それ以前の時点についての平均符号測定値に基
づき更に（ステップ（37）で得た）現時点及びそれ以前
の時点についての搬送波位相測定値の差で調整された符
号測定期待値との加重平均を算出することで得ることが
できる。最初の時点の場合にはその以前の時点が無いの
で平滑化されたレンヂ値は簡単に最初の符号測定値と等
しいものとできる。このステップは第３図についての説
明の方がより理解し易い。 第３図は１ケの衛星の軌道（39）を参照符号（41）で
示す地点に配された受信器に関連して示す略線図であ
る。符号及び搬送波位相測定を夫々別々の３時点で行っ
ているように示してある。時点１では、符号測定値は衛
星が点Ｐ（１）に在ることを示す。この点は信号L1及び
L2の符号測定値に於けるノイズが原因で軌道（39）上の
衛星の実際の位置とは異なる。時点２（即ち３秒後）で
は、符号測定値は衛星がＰ（２）で示される点に在るこ
とを示す。更に第１の時点から第２の時点までの間の搬
送波位相測定値の変化、即ちＣ（２）−Ｃ（１）は衛星
が図示の分だけ受信器に近づいたことを示す。 第２の時点について平滑化されたレンジ値を得るため
にステップ（37）（第２図）で各種の測定値を組み合わ
せるに際して、符号に対する期待値、即ちEP（２）を、
第１の時点から第２の時点までの間の搬送波位相測定値
の変化、即ちＣ（２）−Ｃ（１）と組み合わせた第１の
時点で実際に測定した符号と等しいものであると定義す
る。次に平滑化された符号を、第２の符号測定値、即ち
Ｐ（２）及び第２の符号レンヂ測定の期待値、即ちEP
（２）との算術平均であると定義する。斯くして第２の
時点に関しては以下の方程式が成立する。 EP（２）＝Ｐ（１）＋（Ｃ（２）−Ｃ（１）） SP（２）＝（Ｐ（２）＋EP（２））/2 ｎ番目の時点について一般化すれば、これらふたつの
方程式は以下のようになる。 EP（ｎ）＝SP（ｎ−１）＋（Ｃ（ｎ）−Ｃ（ｎ−１）） SP（ｎ）＝EP（ｎ）＋（Ｐ（ｎ）−EP（ｎ））/n このようにして第３図では、第２の時点に於ける平滑
化された符号レンジ、即ちSP（２）は符号期待値、即ち
EP（２）と実際に測定した符号、即ちＰ（２）の中間に
位置する。同じ様に、第３の時点に関しては、平滑化さ
れた符号、即ちSP（３）は、符号期待値、即ちEP（３）
から実際に測定した符号、即ちＰ（３）へ向って３分の
１のところに位置する。時点ｎでは、各測定符号、即ち
Ｐ（１）−Ｐ（ｎ）は、平滑化された符号レンジ、即ち
SP（ｎ）にｎ分の１寄与する。実際に、連続する搬送波
測定値は第１の時点以降のレンヂの変化を正確に反映す
るので、連続する符号測定値全部が、第１の時点につい
ての符号測定の精度を向上するように作用する。このよ
うに連続する各時点は、僅かではあるがより正確なレン
ジ測定を可能とするものであると思われる。 再び第２図に戻ると、ステップ（37）では、各衛星／
受信器系（17）毎に現時点についての平滑化された符号
値、即ちSP（ｎ）が得られることが分るであろう。これ
らの平滑化された符号値は現時点及びそれ以前の時点す
べてについて得られた符号及び搬送波位相測定値に基づ
いて各受信器（11）又は（15）から各衛星（13）までの
距離の最良の予測値を示す。 次のステップ（43）では、基準受信器（15）から４ケ
又はそれ以上の衛星夫々までの理論的な距離と、基準受
信器の既知の位置座標及び各衛星の既知の軌道を用いて
算出する。これらの既知の軌道は検出した信号L1及びL2
の符号又は米国国立測地測量局から得ることがでいる。 次にステップ（45）では、基準受信器（15）と各衛星
（13）との間の系（17）について現在の平滑化された距
離の値と理論的な距離の値の差を測定する。その測定さ
れた距離の差は各衛星の内部クロックの誤差によるもの
と定義される。実際には、これらの誤差は被変調符号を
遅延させ搬送波位相を進めてしまう電離層の影響と衛星
軌道の誤差が原因であるとすることもできる。然しなが
ら、これらの誤差によりふたつの受信器（11）及び（1
5）が受信する信号は略々等しい影響を受けるので、こ
れらの誤差が電離層によるものであろうと、軌道誤差に
よるものであろうと或いはまた衛星のクロックによるも
のであろうと関係無いことである。 ステップ（45）で測定した平滑化された距離の値と理
論的な距離の値の差は、信号L1及びL2の搬送波の差の整
数及び分数の値で表わすことができる。任意ではあるが
都合よく、この差の整数部はパイアス値と定義し、端数
部は衛星のクロック誤差であると定義する。 次のステップ（47）では、遠隔地の受信器（11）と４
ケ以上の衛星（13）間の各系（17）についての調整され
平滑化された距離値を処理してこれらの値の誤差が最小
となるような受信器のX,Y及びＺ座標と受信器のクロッ
ク誤差を測定する。もし４ケかっきりの衛星についての
測定値を処理しているならば、３っの位置座標及び受信
器のクロック誤差が正確に誤差無く求められる。他方も
し５ケ以上の衛星についての測定値を処理しているなら
ば、最小平均自乗誤差を求めるやり方で方程式の解を求
めることができる。 更に詳細に云えば、ステップ（49）は、調整され平滑
化された距離値（ステップ（47）で得たもの）と、遠隔
地の受信器の位置座標の予測値及び既知の衛星軌道に基
づく理論的な距離値との差を算出するステップで始める
ことができる。このステップにより各時点について一連
の誤差値が得られる。次にこの各時点についての一連の
誤差値が最小となるように遠隔地の受信器の位置座標を
調整する。この方法は反復して行われるので、位置座標
夫々の初期予測値はそれ以前の時点についての調整され
た予測値に基づいて得ることができる。 最後のステップ（51）では、プログラムは次の時点に
進み、その後、各種の到来搬送波信号の符号及び搬送波
位相の測定を行う最初のステップ（31）に戻る。以上詳
細に説明した処理は所望する限り繰返すことができ、そ
の都度精度が良くなり位置測定が行われる。 データ処理を２分から３分行った後には位置測定は、
搬送波波長の差L1−L2（即ち43センチ）の半分の波長以
内の精度になると考えられる。この時、遠隔地の受信器
の最良の予測位置座標から各衛星（13）までの距離と、
対応する信号L1及びL2の搬送波位相測定値の差L1−L2と
の間の差が算出できる。このようにして得た差の端数部
が、予測した位置座標の調整により最小とすることがで
きる一連の誤差値となる。これらの差の整数部は、各系
（17）に於ける搬送波の差L1−L2の全サイクル数を示す
ものとして無視し得る。このステップにより10センチ以
内の精度の位置座標が得られる。 今述べた搬送波位相差L1−L2処理に直ぐ続けて実行し
得る次の処理では、予測された距離と対応する信号L1又
はL2は位相測定値との間の差を算出する。この際にも、
これらの差が遠隔地の受信器（11）の予測位置座標の調
整により最小とすることができる一連の誤差値となる。
この処理により、搬送波信号L1又はL2の各サイクルの僅
かな端数を表わす１センチ以内の精度の位置座標が得ら
れる。 最後にこの同じ処理を行って個々の信号L1及びL2の搬
送波位相測定値の加重平均を求めることができる。この
処理によりどの方向に於いても１センチ以内の精度で位
置座標が得られる。 以上詳細に説明した差分位置把握方法は遠隔地の受信
器（11）が静止していようと連続して移動していようと
それには関係なく有効である。これは、受信器の位置の
測定値と各衛星までの距離の平滑化された測定値のみを
用いるだけでステップ（49）に於いて最終的な位置測定
が行われるからである。受信器の移動はこのように丁度
衛星の移動と同様に容易に処理に取込まれる。 上述するところから本発明は、固定された受信器を基
準として遠隔地の移動可能な受信器の位置座標を迅速か
つ正確に測定するための方法を著しく改善したものであ
ることが分るだろう。本発明の方法では４ケ以上の軌道
飛行衛星から発射される搬送波信号L1及びL2両方の連続
する符号測定値と搬送波位相測定値とを用いる。各衛星
／受信器系に於ける個々の信号L1及びL2の符号測定値の
加重平均に基づく符号測定値を、搬送波差信号L1−L2に
ついての対応する搬送波位相測定値に応じて調整しまた
更に或る時間に亘って平滑化する。これにより次第に測
定精度を増しながら遠隔地の受信器の位置座標が迅速に
測定できる。処理懐紙後僅か２分から３分後には、広範
なレーン処理を行うことができ約１センチ以内の精度で
位置測定が可能である。 尚、現在の好ましい実施例に関し本発明を詳細に説明
したが、本発明の要旨から離脱することなく種々の変更
が可能であることは当業者には理解されることであろ
う。従って、本発明は以下の請求の範囲によってのみ限
定される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−125130（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−166882（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−137087（ＪＰ，Ａ) 特公 平７−86529（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平４−29034（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭61−34105（ＪＰ，Ｂ２) 特表 昭62−500323（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 １．４ケ又はそれ以上の数のGPS衛星から発射される被
    変調搬送波信号L1及びL2を用いて位置座標が分っている
    受信器を基準として遠隔地の受信器の位置座標を決定す
    る方法で、 前記基準受信器及び前記遠隔地の受信器の双方から前記
    ４ケ又はそれ以上の数の衛星夫々までの距離を一連の時
    点夫々に於いて測定するステップであり、この測定ステ
    ップは 各衛星／受信器系について各時点で符号測定値を得るた
    めに、前記搬送波信号L1及びL2の符号を検出する第１の
    検出ステップと、 各衛星／受信器系について各時点で搬送波位相測定値を
    得るために、前記搬送波信号L1及びL2の搬送波位相を検
    出する第２の検出ステップとを含み、 各衛星／受信器系について各時点でひとつの平滑化され
    た符号測定値を得るために、各衛星／受信器系での一連
    の符号測定値を同じ時点に於ける対応する搬送波位相測
    定値及びそれ以前の時点に於ける符号測定値と搬送波位
    相測定値に応じて平滑化する平滑化ステップと、 前記基準受信器についての平滑化された符号測定値夫々
    の誤差値を得るために、前記基準受信器についての一連
    の平滑化された符号測定値を、その基準受信器の既知の
    位置座標と前記４ケ又はそれ以上の数の衛星の既知の軌
    道とに基づく各受信器と各衛星間の距離の理論値と比較
    する比較ステップと、 前記４ケ又はそれ以上の数の衛星夫々の内部クロックの
    誤差を前記比較ステップで得られた誤差値に基づいて決
    定する内部クロック誤差決定ステップと、 前記内部クロック誤差決定ステップで決定された衛星の
    クロック誤差の影響を取除き、それにより各衛星につい
    て一連の補正距離測定値を得るために、前記遠隔地の受
    信器について一連の平滑化された符号測定値を調整する
    符号測定値調整ステップと、 前記一連の補正距離測定値の誤差が最小となる前記遠隔
    地の受信器の特定の位置座標を決定する位置座標決定ス
    テップと を含むことを特徴とする遠隔地の受信器の位置座標決定
    方法。 ２．特許請求の範囲１の方法に於いて、前記第１の検出
    ステップは、 各衛星／受信器系について前記個々の搬送波信号L1及び
    L2の符号を検出するステップと、 検出された個々の搬送波信号L1及びL2の符号測定値の加
    重平均を算出し、各時点において、個々の搬送波信号L1
    及びL2の符号測定値よりもノイズが少い符号測定値を各
    衛星／受信器系について得るステップ とを含む。 ３．特許請求の範囲１の方法に於いて、 前記第２の検出ステップは、 各衛星／受信器系について各時点に於いて前記搬送波信
    号L1とL2との差を取るステップと、 得られた各差信号L1−L2の搬送波位相を前記搬送波位相
    測定値として検出するステップ とを含み、 前記平滑化ステップは、 各符号測定値に対する期待値を、それ以前の時点での対
    応する平滑化された符号測定値と、同じ時点及びそれ以
    前の時点での対応する搬送波位相測定値間の差とに基づ
    いて算出するステップと、 各衛星／受信器系について各時点に於いて前記平滑化さ
    れた符号測定値を得るために、各符号測定値及びそれに
    対応する期待値の加重平均を算出するステップ とを含む。 ４．特許請求の範囲３に於いて、前記位置座標決定ステ
    ップは、 前記遠隔地の受信器の位置座標の予測値と既知の衛星軌
    道に基いて、その遠隔地の受信器から前記４ケ又はそれ
    以上の数の衛星までの距離の理論値を得る距離理論値取
    得ステップと、 各時点について一組の誤差値を得るために、上記距離理
    論値取得ステップで得られた距離の理論値と前記符号測
    定値調整ステップで得られた対応する補正距離測定値と
    の差を取るステップと、 各時点に於ける前記遠隔地の受信器の位置座標の予測値
    を調整し、それと対応する組の誤差値を最小にする予測
    値調整ステップ とを含む。 ５．特許請求の範囲４の方法に於いて、 本方法のステップは反復実行され、更に、 前記距離理論値取得ステップで使われた各時点に於ける
    前記遠隔地の受信器の位置座標の予測値はそれ以前の時
    点について前記予測値調整ステップで得られた調整予測
    値に基づくものである。 ６．特許請求の範囲３に於いて、前記位置座標決定ステ
    ップは、 各時点について一組の誤差値を得るために、このステッ
    プに先行する前記測定ステップで得られた遠隔地の受信
    器についての前記差信号L1−L2の搬送波位相測定値と、
    前記符号測定値調整ステップで得られた対応する補正距
    離測定値との差を取るステップと、 各時点に於ける前記一組の誤差値が最小となる遠隔地の
    受信器の特定の位置座標を決定するステップ とを含む。 ７．特許請求の範囲３の方法に於いて、前記位置座標決
    定ステップは、 各時点について一組の誤差値を得るために、前記測定ス
    テップに於いて得られた前記遠隔地の受信器についての
    前記搬送波信号L1の搬送波位相測定値と、前記符号測定
    値調整ステップで得られた対応する補正距離測定値との
    差を取るステップと、 各時点に於ける前記一組の誤差が最小となる前記遠隔地
    の受信器の特定の位置座標を決定するステップ とを含む。 ８．特許請求の範囲３の方法に於いて、前記位置座標決
    定ステップは、 前記遠隔地の受信器についての前記測定ステップに於い
    て得られた前記搬送波信号L1及びL2の搬送波位相測定値
    の加重平均を各時点に於いて算出する加重平均算出ステ
    ップと、 各時点について一組の誤差値を得るために、上記加重平
    均算出ステップで算出した加重平均と、前記符号測定値
    調整ステップで得られた対応する補正距離測定値との差
    を取るステップと、 各時点に於ける一組の誤差値が最小となる前記遠隔地の
    受信器の特定の位置座標を決定するステップ とを含む。 ９．特許請求の範囲１の方法に於いて、この方法は実時
    間で反復実行される。 １０．特許請求の範囲１の方法に於いて、 前記比較ステップは、各衛星について前記誤差値を得る
    ために、前記基準地点の既知の位置座標と前記４ケ又は
    それ以上の数の衛星の既知の軌道に基づいて、前記基準
    受信器についての前記一連の平滑化された符号測定値と
    距離の理論値との差を取るステップを含み、更に、 前記位置座標決定ステップは、衛星のクロック誤差を、
    このステップに先行する上記差を取るステップで得られ
    た対応する誤差値の整数部に対する端数部に等しいもの
    であると定義するステップを含む。
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