JP4400330B2 - Position detection apparatus and position detection method - Google Patents
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Description
本発明は、移動局の位置を検出する位置検出装置及び位置検出方法に関する。 The present invention relates to a position detection device and a position detection method for detecting the position of a mobile station.
近年、測量の分野では、搬送波位相によるGPS測量が広く利用されている。この搬送波位相によるGPS測量では、基準側の受信機と測位側の受信機とが、複数の衛星から送られる衛星信号を同時に受信し、基準側と測位側とで各衛星信号の搬送波位相の積算値をそれぞれ独立に算出する。この搬送波位相の積算値(以下、単に「位相積算値」という)には、搬送波の波長の整数倍に相当する不確定な要素(以下、「整数値バイアス」という)が含まれているが、この整数値バイアスは、時計誤差等とは異なり、位相積算値の一重位相差や二重位相差を取ることによっても消去することができない。このため、GPS測量の分野において、位相積算値の三重位相差を取ることで不確定要素である整数値バイアスを消去することや、整数値バイアスそのものを求める技術が提案されている。 In recent years, GPS surveying using a carrier phase has been widely used in the field of surveying. In this GPS survey using the carrier phase, the reference side receiver and the positioning side receiver simultaneously receive satellite signals sent from a plurality of satellites, and the reference side and the positioning side integrate the carrier phase of each satellite signal. Each value is calculated independently. The integrated value of the carrier phase (hereinafter simply referred to as “phase integrated value”) includes an indeterminate element (hereinafter referred to as “integer value bias”) corresponding to an integral multiple of the wavelength of the carrier. Unlike the clock error or the like, this integer value bias cannot be eliminated by taking a single phase difference or a double phase difference of the phase integration value. For this reason, in the field of GPS surveying, a technique has been proposed in which the integral value bias, which is an uncertain factor, is eliminated by taking the triple phase difference of the phase integration value, or the integer value bias itself is obtained.
ここで、整数値バイアスを確定する技術として、カルマンフィルタを用いる技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。この技術では、測位側の位置と整数値バイアスを状態変数とし、基準側に対する測位側の位相積算値の一重位相差を観測量として、観測を重ねる毎に前記状態変数を更新する追尾フィルタが構成される。また、整数値バイアスを確定するその他の技術として、整数値バイアスを含んだ搬送波の二重位相差を用いて、最小二乗法により所定の条件で二重位相差の整数値バイアスを求める技術が知られている(例えば、特許文献2参照)。
ところで、上述のような従来技術は、少なくとも5つの衛星からの電波が、整数値バイアスの確定処理中に継続して(サイクルトリップ無しに)受信されることを前提としている。しかしながら、実際には、整数値バイアス確定後若しくは確定中にある衛星からの電波の途切れが生じる場合(サイクルトリップ)があり、この場合、整数値バイアスを確定するための処理を一からやり直さなければならない。 By the way, the conventional technology as described above is based on the premise that radio waves from at least five satellites are continuously received (without a cycle trip) during the integer value bias determination process. However, in practice, there may be a case where the interruption of radio waves from a satellite that has been determined or is being determined (cycle trip). In this case, the processing for determining the integer bias must be repeated from the beginning. Don't be.
また、上述の従来技術は、整数値バイアスの確定処理中に測位側が移動することを想定していないが、仮に測位側が車両のような移動体であるような場合、周辺建物やトンネル等の影響により整数値バイアスの確定処理中にもサイクルトリップが生じ易くなる。また、移動体の移動によって、移動体側の受信機の衛星からの電波受信状態が変化するため、測位に用いる基準衛星を切り替える必要も生じうる。 In addition, the above-mentioned conventional technology does not assume that the positioning side moves during the integer bias determination process, but if the positioning side is a moving body such as a vehicle, the influence of surrounding buildings, tunnels, etc. Thus, a cycle trip is likely to occur even during the integer bias determination process. Moreover, since the radio wave reception state from the satellite of the receiver on the mobile unit changes due to the movement of the mobile unit, it may be necessary to switch the reference satellite used for positioning.
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑み、基準衛星のサイクルトリップや切り替えが発生した場合であっても、整数値バイアスの確定処理を一からやり直す必要の無い位置検出装置及び位置検出方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention provides a position detection apparatus and a position detection method that do not require the integer bias determination process to be restarted from the beginning even when a cycle trip or switching of the reference satellite occurs. The purpose is to provide.
上記課題を解決するため、本発明の一局面によれば、移動局により観測可能な複数の衛星の中から1つの基準衛星を選定し、移動局が所定周期毎に観測する観測データを用いて、各衛星からの衛星信号の搬送波位相の積算値に含まれる整数値バイアスを、前記基準衛星に係る積算値を基準とした他の衛星に係る積算値の位相差に基づいて推定し、該推定した整数値バイアスに基づいて移動局の位置を検出する位置検出装置であって、
前記基準衛星が観測不能となった場合、観測可能な複数の衛星の中から前記基準衛星以外の他の衛星を新たな基準衛星として、過去の観測データを用いて整数値バイアスの推定を実行することを特徴とし、
前記新たな基準衛星とされる他の衛星は、前記基準衛星が観測不能となる周期より前に、予備基準衛星として選定されており、
前記予備基準衛星の選定後、整数値バイアスの推定に必要な処理が、所定周期毎に、前記基準衛星及び前記予備基準衛星をそれぞれ基準として並列的に実行されており、該処理により得られるデータが、前記過去の観測データとして用いられ、
前記新たな基準衛星とされる他の衛星は、前記基準衛星が観測不能となる周期より前に、予備基準衛星として選定されており、
前記予備基準衛星の選定後、前記予備基準衛星を基準として設定された共分散が、所定周期毎に観測データを用いて更新され、前記過去の観測データとして用いられ、
前記移動局は車両であり、当該位置検出装置は該車両に搭載され、
前記車両の移動に関する動的状態量を検出する検出手段を備え、該動的状態量の検出結果が整数値バイアスの推定に用いられる、位置検出装置が提供される。
In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, one reference satellite is selected from a plurality of satellites that can be observed by a mobile station, and observation data that the mobile station observes at predetermined intervals is used. An integer value bias included in the integrated value of the carrier phase of the satellite signal from each satellite is estimated based on the phase difference of the integrated values related to the other satellites based on the integrated value related to the reference satellite, and the estimation A position detection device for detecting the position of a mobile station based on the integer value bias,
When the reference satellite becomes unobservable, estimation of an integer bias is performed using past observation data with a satellite other than the reference satellite as a new reference satellite from among a plurality of observable satellites. It is characterized by
The other satellites to be the new reference satellites are selected as backup reference satellites before the period when the reference satellites become unobservable,
After the selection of the spare reference satellite, the processing necessary for estimating the integer bias is executed in parallel at predetermined intervals with each of the reference satellite and the spare reference satellite as a reference, and data obtained by the processing. Is used as the past observation data,
The other satellites to be the new reference satellites are selected as backup reference satellites before the period when the reference satellites become unobservable,
After the selection of the backup reference satellite, the covariance set with reference to the backup reference satellite is updated using observation data every predetermined period, and used as the past observation data,
The mobile station is a vehicle, and the position detection device is mounted on the vehicle,
There is provided a position detection device that includes detection means for detecting a dynamic state quantity relating to the movement of the vehicle, and the detection result of the dynamic state quantity is used for estimation of an integer value bias .
また、本発明のその他の一局面によれば、移動局が所定周期毎に観測する衛星信号の搬送波位相の積算値に含まれる整数値バイアスを推定して移動局の位置を検出する位置検出装置であって、
移動局により観測可能な複数の衛星の中から1つの基準衛星を選定し、所定周期毎に、移動局が観測する観測データを用いて、各衛星からの衛星信号の搬送波位相の積算値を算出し、前記基準衛星に係る積算値を基準とした他の衛星に係る積算値の位相差を算出し、該位相差を用いて、前記基準衛星を基準とした第1の共分散データを更新する第1の共分散更新手段と、
移動局により観測可能な複数の衛星の中から前記基準衛星とは異なる予備基準衛星を選定し、所定周期毎に、移動局が観測する観測データを用いて、各衛星からの衛星信号の搬送波位相の積算値を算出し、前記予備基準衛星に係る積算値を基準とした他の衛星に係る積算値の位相差を算出し、該位相差を用いて、前記予備基準衛星を基準とした第2の共分散データを更新する第2の共分散更新手段と、
前記第1の共分散更新手段により得られる第1の共分散データを用いて整数値バイアスを推定する整数値バイアス推定手段とを備え、
前記第1の共分散更新手段及び前記第2の共分散更新手段による更新は並列的に実行され、
前記整数値バイアス推定手段は、前記基準衛星が観測不能となった場合、前記第2の共分散更新手段により得られる第2の共分散データを用いて整数値バイアスを推定することを特徴とする、位置検出装置が提供される。
Further, according to another aspect of the present invention, a position detecting device for detecting a position of a mobile station by estimating an integer value bias included in an integrated value of a carrier wave phase of a satellite signal observed by the mobile station every predetermined period Because
One reference satellite is selected from a plurality of satellites that can be observed by the mobile station, and the integrated value of the carrier phase of the satellite signal from each satellite is calculated using the observation data observed by the mobile station at a predetermined period. And calculating the phase difference of the integrated values related to the other satellites based on the integrated value related to the reference satellite, and updating the first covariance data based on the reference satellite using the phase difference. First covariance update means;
A spare reference satellite that is different from the reference satellite is selected from a plurality of satellites that can be observed by the mobile station, and the carrier phase of the satellite signal from each satellite is measured using observation data that the mobile station observes at predetermined intervals. And the phase difference of the integrated values related to the other satellites based on the integrated value related to the backup reference satellite is calculated, and the second difference based on the backup reference satellite is calculated using the phase difference. Second covariance update means for updating the covariance data of
Integer value bias estimation means for estimating an integer value bias using the first covariance data obtained by the first covariance update means,
Updates by the first covariance update means and the second covariance update means are executed in parallel,
The integer value bias estimation means estimates the integer value bias using the second covariance data obtained by the second covariance update means when the reference satellite becomes unobservable. A position detection device is provided.
本局面において、前記予備基準衛星は1つだけ選定されており、前記基準衛星が観測不能となった場合、前記第1の共分散更新手段は、前記予備基準衛星を基準衛星として、前記第2の共分散更新手段による更新処理を引き継ぎ、前記第2の共分散更新手段は、前記予備基準衛星とは異なる新たな予備基準衛星を選定し、該新たな予備基準衛星に対して前記更新処理を開始してよい。或いは、前記予備基準衛星は複数選定されており、前記基準衛星が観測不能となった場合、前記整数値バイアス推定手段は、継続して観測されている時間の最も長い予備基準衛星に係る第2の共分散データを用いて、前記整数値バイアス推定処理を行ってよい。或いは、前記予備基準衛星は複数選定されており、前記基準衛星が観測不能となった場合、前記整数値バイアス推定手段は、その時点で最も分散が小さい予備基準衛星に係る第2の共分散データを用いて、前記整数値バイアス推定処理を行ってよい。 In this aspect, only one backup reference satellite is selected, and when the reference satellite becomes unobservable, the first covariance update means uses the backup reference satellite as a reference satellite, and The second covariance update means selects a new backup reference satellite different from the backup reference satellite, and performs the update process on the new backup reference satellite. You may start. Alternatively, when a plurality of the reserve reference satellites are selected and the reference satellite becomes unobservable, the integer value bias estimation means may select the second reference satellite associated with the reserve reference satellite with the longest time being continuously observed. The integer value bias estimation processing may be performed using the covariance data. Alternatively, when a plurality of backup reference satellites are selected and the reference satellite becomes unobservable, the integer value bias estimation means outputs the second covariance data relating to the backup reference satellite having the smallest variance at that time. May be used to perform the integer value bias estimation process.
また、本発明のその他の一局面によれば、移動局により観測可能な複数の衛星の中から1つの基準衛星を選定する基準衛星選定ステップと、
移動局が所定周期毎に観測する観測データを用いて、所定周期毎に、前記基準衛星を基準とした第1の共分散データを更新する第1の共分散更新ステップと、
観測可能な複数の衛星の中から前記基準衛星以外の衛星を予備基準衛星として選定する予備基準衛星選定ステップと、
前記予備基準衛星選定ステップ後、所定周期毎に、前記第1の共分散更新ステップと並列的に実行され、移動局が所定周期毎に観測する観測データを用いて、前記予備基準衛星を基準とした第2の共分散データを更新する第2の共分散更新ステップと、
前記第1の共分散更新ステップにより得られた第1の共分散データに基づいて、各衛星からの衛星信号の搬送波位相の積算値に含まれる整数値バイアスを推定し、該推定した整数値バイアスに基づいて移動局の位置を検出する位置検出ステップとを含み、
前記位置検出ステップでは、前記基準衛星が観測不能となった場合に、前記第2の共分散更新ステップにより得られた第2の共分散データに基づいて、前記整数値バイアスの推定が実行されることを特徴とする、位置検出方法が提供される。
According to another aspect of the present invention, a reference satellite selection step of selecting one reference satellite from a plurality of satellites that can be observed by the mobile station;
A first covariance update step of updating first covariance data with reference to the reference satellite for each predetermined period using observation data observed by the mobile station for each predetermined period;
A backup reference satellite selection step of selecting a satellite other than the reference satellite as a backup reference satellite from a plurality of observable satellites;
After the preliminary reference satellite selection step, the observation is performed in parallel with the first covariance update step every predetermined period and the observation data observed by the mobile station every predetermined period is used as a reference. A second covariance update step for updating the second covariance data,
Based on the first covariance data obtained by the first covariance update step, an integer value bias included in the integrated value of the carrier phase of the satellite signal from each satellite is estimated, and the estimated integer value bias And a position detecting step for detecting the position of the mobile station based on
In the position detection step, when the reference satellite becomes unobservable, the estimation of the integer bias is executed based on the second covariance data obtained by the second covariance update step. A position detection method is provided.
上記の何れの局面おいても、衛星の観測(受信)が不能若しくは可能であるかの判断は、該衛星からの衛星信号の受信強度が所定の最低受信強度以上が確保されているか否かの判断に基づくものであってよい。 In any of the above aspects, whether or not satellite observation (reception) is impossible or possible is determined by whether or not the satellite signal reception intensity from the satellite is more than a predetermined minimum reception intensity. It may be based on judgment.
本発明によれば、基準衛星の切り替え等が発生した場合であっても、整数値バイアスの確定処理を一からやり直す必要の無い位置検出装置及び位置検出方法を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a position detection device and a position detection method that do not require the integer bias determination process to be restarted from the beginning even when the reference satellite is switched.
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る搬送波位相式GPS測位システムの構成図である。図1に示すように、GPS測位システムは、地球周りを周回するGPS衛星10と、地球上の所定位置(既知点)に設置される固定型の基準局20と、地球上に位置し地球上を移動しうる移動局30とから構成される。
FIG. 1 is a configuration diagram of a carrier phase GPS positioning system according to the present invention. As shown in FIG. 1, the GPS positioning system includes a
GPS衛星10は、航法メッセージを地球に向けて常時放送する。航法メッセージには、対応するGPS衛星10に関する軌道情報、時計の補正値、電離層の補正係数が含まれている。航法メッセージは、C/Aコードにより拡散されL1搬送波(周波数:1575.42MHz)に乗せられて、地球に向けて常時放送されている。
The
尚、現在、24個のGPS衛星10が高度約20,000km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。
Currently, 24
図2は、図1の搬送波位相式GPS測位システムのより詳細な構成図である。移動局30は、GPS受信機32を備える。GPS受信機32内には、その周波数がGPS衛星10の搬送周波数と一致する発振器(図示せず)が内蔵されている。GPS受信機32は、GPSアンテナ32aを介してGPS衛星10から受信した電波を中間周波数に変換後、GPS受信機32内で発生させたC/Aコードを用いてC/Aコード同期を行い、航法メッセージを取り出す。
FIG. 2 is a more detailed configuration diagram of the carrier phase GPS positioning system of FIG. The
また、GPS受信機32は、各GPS衛星10i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。尚、位相積算値Φiuについて、添え字i(=0,1,2,・・・)は、各GPS衛星10iに割り当てられた番号を示し、添え字uは移動局30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での発振器の位相Θiu(t)と、GPS衛星10iでの衛星信号発生時の搬送波位相Θiu(t−τ)との差として得られる。
Φiu(t)=Θiu(t)−Θiu(t−τu)+Niu+εiu(t) 式(1)
ここで、τuは、GPS衛星10からGPS受信機32までのトラベル時間を示し、εiuは、ノイズ(誤差)を表わす。尚、位相差の観測開始時点では、GPS受信機32は、搬送波位相の1波長以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。
Further, the
Φ iu (t) = Θ iu (t) −Θ iu (t−τ u ) + N iu + ε iu (t) Equation (1)
Here, τ u represents the travel time from the
移動局30は、また、携帯電話等の通信機33を備える。通信機33は、後述する如く、基準局20側の携帯電話基地局等のような通信施設23と双方向通信を行うように構成されている。
The
基準局20は、GPSアンテナ22aを備えるGPS受信機22を有する。GPS受信機22は、移動局30のGPS受信機32と同様に、各GPS衛星10i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−τb)+Nib+εib(t) 式(2)
尚、Nibは、整数値バイアスを示し、εibは、ノイズ(誤差)を表わす。尚、位相積算値Φibについて、添え字bは基準局20側での積算値であることを示す。基準局20は、計測した位相積算値Φibを通信施設23を介して移動局30に送信する。尚、基準局20は、所定領域に複数設置されている。各基準局20と通信施設23(複数も可)とは、図2に示すように、インターネット等のネットワークを介して接続されてよく、若しくは、各基準局20毎に通信施設23が設けられてもよい。前者の構成では、移動局30は、通信施設23との間で通信可能な状態である限り、各基準局20が受信した情報を得ることができる。
The
Φ ib (t) = Θ ib (t) −Θ ib (t−τ b ) + N ib + ε ib (t) Equation (2)
N ib represents an integer value bias, and ε ib represents noise (error). For the phase integration value Φ ib , the subscript b indicates the integration value on the
図3は、移動局30に搭載される本発明による位置検出装置34の一実施例を示す機能ブロック図である。本実施例の位置検出装置34は、演算器40を中心に構成され、演算器40には、上述のGPS受信機32及び通信機33に接続されている。演算器40には、更に、移動局30に搭載される各種センサ50が接続される。尚、演算器40は、GPS受信機32に内蔵されるものであってもよい。また、移動局30が車両の場合、GPS受信機32及び演算器40及び/又は通信機33は、ナビゲーション装置内に実装されてよい。
FIG. 3 is a functional block diagram showing an embodiment of the
演算器40は、マイクロコンピューターから構成されてよく、図3に示すように、衛星位置算出部42と、動的状態量導入部44と、整数値バイアス推定部48とを含む。
The
衛星位置算出部42は、GPS受信機32が受信した航法メッセージの軌道情報に基づいて、観測可能な各GPS衛星10iの、時刻tにおけるワールド座標系での位置(Xi(t)、Yi(t)、Zi(t))を計算する。尚、GPS衛星10は、人工衛星の1つであるので、その運動は、地球重心を含む一定面内(軌道面)に限定される。また、GPS衛星10の軌道は地球重心を1つの焦点とする楕円運動であり、ケプラーの方程式を逐次数値計算することで、軌道面上でのGPS衛星10の位置が計算できる。また、搬送波受信時刻tでの各GPS衛星10iの位置(Xi(t)、Yi(t)、Zi(t))は、GPS衛星10の軌道面とワールド座標系の赤道面が回転関係にあることを考慮して、軌道面上でのGPS衛星10の位置を3次元的な回転座標変換することで得られる。尚、ワールド座標系とは、図4に示すように、地球重心を原点として、赤道面内で互いに直交するX軸及びY軸、並びに、この両軸に直交するZ軸により定義される。
The satellite
動的状態量導入部44は、所定周期で入力される各種センサ50の出力信号に基づいて、移動局30の所定の動的状態量を算出し、既知入力を作成する。例えば、移動局30が車両の場合、動的状態量導入部44は、車両の非駆動輪に設定された2つの車輪速センサや、ヨーレートセンサ、左右G加速度センサ、方位角計等の各種センサ50の出力信号に基づいて、搬送波受信時刻tでの車両の前後速度Vx(t)及び車両の左右速度Vy(t)を算出する。
The dynamic state quantity introduction unit 44 calculates a predetermined dynamic state quantity of the
車両の速度ベクトル(Vx(t)、Vy(t))は、車体を基準としたボディ座標系(図4参照)に基づいているため、動的状態量導入部44は、速度ベクトル(Vx(t)、Vy(t))を、ローカル座標系を介してワールド座標系へと座標変換する。通常、座標の回転変換は、オイラー角を用いて実現できるが、ここでは、ボディ座標系からローカル座標系への変換に関しては、ロール角及びピッチ角が小さいとしてヨー角ψ(t)のみで実現することとする(但し、ロール角及びピッチ角を考慮することも、ヨー角を無視することも当然に可能である。)。また、ローカル座標系からワールド座標系への変換に関しては、車両位置の経度φ(t)及び緯度λ(t)を用いた変換で実現される。 Since the vehicle speed vectors (Vx (t), Vy (t)) are based on the body coordinate system (see FIG. 4) based on the vehicle body, the dynamic state quantity introducing unit 44 uses the speed vector (Vx ( t) and Vy (t)) are coordinate-converted into the world coordinate system via the local coordinate system. Normally, coordinate rotation conversion can be realized using Euler angles, but here, conversion from the body coordinate system to the local coordinate system is realized only with the yaw angle ψ (t), assuming that the roll angle and pitch angle are small. (However, it is naturally possible to consider the roll angle and the pitch angle, or to ignore the yaw angle.) The conversion from the local coordinate system to the world coordinate system is realized by conversion using the longitude φ (t) and the latitude λ (t) of the vehicle position.
具体的には、ワールド座標系における車両位置を(Xu、Yu、Zu)とし、車両位置の経度及び緯度を(φ、λ)とすると、ワールド座標系で表わした車両の速度ベクトルd/dt[Xu、Yu、Zu]は、次式の通りである。
d/dt[Xu、Yu、Zu]T=rot(φ、λ)・rot(ψ)・[Vx、Vy]T 式(3)
ここで、[]Tは行列の転置を意味し、rot(φ、λ)及びrot(ψ)は、次の通りとする。
Specifically, the vehicle position in the world coordinate system (X u, Y u, Z u) and the longitude and latitude of the vehicle position (phi, lambda) and when, velocity vector d of the vehicle in terms of the world coordinate system / Dt [X u , Y u , Z u ] is as follows:
d / dt [X u , Y u , Z u ] T = rot (φ, λ) · rot (ψ) · [Vx, Vy] T equation (3)
Here, [] T means transposition of a matrix, and rot (φ, λ) and rot (ψ) are as follows.
上記式(3)の右辺を入力U01、U02及びU03と置いて、離散化すれば次のようになる。
Xu(tn)=Xu(tn−1)+DT・U01 式(4)
Yu(tn)=Yu(tn−1)+DT・U02 式(5)
Zu(tn)=Zu(tn−1)+DT・U03 式(6)
よって、最終的な既知入力は、次の通りとなる。
U=[DT・U01、DT・U02、DT・U03]T 式(6−1)
尚、上式において、DTは、サンプル時間(データ更新間隔)であり、tn=tn−1+DTである。尚、以下では、説明上、サンプル時間DTは、上述のGPS受信機22,32による位相積算値の演算周期と同一であるとする。
If the right side of the above equation (3) is placed as inputs U01, U02, and U03 and discretized, the result is as follows.
X u (t n ) = X u (t n−1 ) + DT · U01 Expression (4)
Y u (t n ) = Y u (t n−1 ) + DT · U02 Formula (5)
Z u (t n ) = Z u (t n−1 ) + DT · U03 Equation (6)
Therefore, the final known input is as follows.
U = [DT · U01, DT · U02, DT · U03] T equation (6-1)
In the above equation, DT is a sample time (data update interval), and t n = t n−1 + DT. In the following description, for the sake of explanation, it is assumed that the sample time DT is the same as the calculation cycle of the phase integration value by the
整数値バイアス推定部48では、各GPS衛星10iに係る観測データ(特に、移動局30が通信機33を介して受信する基準局20側の位相積算値Φib、及び、移動局30側の位相積算値Φiu)に基づいて整数値バイアスが推定される。
In the integer value
具体的には、時刻tにおける2つのGPS衛星10j、10h(i=j、h、但し、j≠h)に関する位相積算値の2重位相差は、次式となる。
Φjhbu=(Φjb(t)−Φju(t))−(Φhb(t)−Φhu(t)) 式(7)
一方、位相積算値の2重位相差Φjhbuは、(GPS衛星10iとGPS受信機22若しくは32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。
Specifically, the double phase difference between the phase integration values for the two
[ Phi] jhbu = ([ Phi] jb (t)-[Phi] ju (t))-([ Phi] hb (t)-[Phi] hu (t)) Equation (7)
On the other hand, the double phase difference Φ jhbu of the phase integrated value is expressed as (distance between
ここで、式(8)における[Xb(t)、Yb(t)、Zb(t)]は、時刻tにおける基準局20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30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(衛星位置算出部42により算出)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))。
Here, [X b (t), Y b (t), Z b (t)] in Expression (8) are coordinate values (known) in the world coordinate system of the
整数値バイアス推定部48では、動的状態量導入部44によって導出された既知入力(上記式(6−1)参照)を用いて、次の状態方程式が設定される。
η(tn)=η(tn−1)+U(tn−1)+W(tn−1) 式(9)
ここで、η(tn)は、時刻t=tnでの状態変数を表わし、移動局30の位置[Xu(tn)、Yu(tn)、Zu(tn)]、及び、整数値バイアスの2重位相差Nijbuである(但し、i≠j)。ここで、整数値バイアスの2重位相差Nijbuは少なくとも4個以上必要であり、例えば、5つのGPS衛星100〜4が観測可能な場合、GPS衛星100を基準として、η=[Xu、Yu、Zu、N01bu、N02bu、N03bu、N04bu]であってよい。尚、U及びWは、それぞれ、上述の既知入力及び外乱(システム雑音:正規性白色雑音)である。
In the integer value
η (t n ) = η (t n−1 ) + U (t n−1 ) + W (t n−1 ) Equation (9)
Here, η (t n ) represents a state variable at time t = t n , and the position of the mobile station 30 [X u (t n ), Y u (t n ), Z u (t n )], And an integer value bias double phase difference N ijbu (where i ≠ j). Here, the double difference N Ijbu integer bias is required at least four, for example, when five GPS satellites 10 0-4 is observable, based on the
整数値バイアス推定部48では、次の観測方程式が採用される。
Z(tn)=H(tn)・η(tn)+V(tn) 式(10)
を用いて、ここで、Z及びVは、それぞれ、観測量及び観測ノイズ(正規性白色雑音)を示す。観測量Zは、位相積算値の2重位相差(上記式(7)参照)である。上記式(9)の状態方程式は線形であるが、観測量Zは、状態変数Xu、Yu及びZuに関して非線形であるため、式(8)の各項が状態変数Xu、Yu及びZuのそれぞれで偏微分され、式(10)のHが求められる。
The integer value
Z (t n ) = H (t n ) · η (t n ) + V (t n ) (10)
Here, Z and V indicate an observation amount and an observation noise (normal white noise), respectively. The observation amount Z is a double phase difference of phase integration values (see the above formula (7)). State equation of the equation (9) is a linear, observation quantity Z is the state variable X u, Y since it is non-linear with respect to u and Z u, each term state variable X u of the formula (8), Y u And Z u are partially differentiated to obtain H in equation (10).
従って、上記式(9)の状態方程式及び上記式(10)の観測方程式にカルマンフィルタを適用すると、以下の式が得られる。
時間更新として、
η(tn)(−)=η(tn−1)(+)+U(tn−1) 式(11)
P(tn)(−)=P(tn−1)(+)+Q(tn−1) 式(12)
また、観測更新として、
K(tn)=P(tn)(−)・HT(tn)・(H(tn)・P(tn)(−)・HT(tn)+R(tn))−1 式(13)
η(tn)(+)=η(tn)(−)+K(tn)・(Z(tn)−H(tn)・η(tn)(−)) 式(14)
P(tn)(+)=P(tn)(−)−K(tn)・H(tn)・P(tn)(−) 式(15)
ここで、Q,Rは、外乱の共分散行列及び観測ノイズの共分散行列をそれぞれ表わす。尚、上記式(11)及び式(14)がフィルタ方程式、上記式(13)がフィルタゲイン、上記式(12)及び式(15)が共分散方程式となる。また、上付き文字で示す(−)及び(+)は、更新前後を示す。
Therefore, when the Kalman filter is applied to the state equation of the above equation (9) and the observation equation of the above equation (10), the following equation is obtained.
As time update,
η (t n ) (−) = η (t n−1 ) (+) + U (t n−1 ) Equation (11)
P (t n ) (−) = P (t n−1 ) (+) + Q (t n−1 ) Formula (12)
As an observation update,
K (t n) = P ( t n) (-) · H T (t n) · (H (t n) · P (t n) (-) · H T (t n) + R (t n)) -1 Formula (13)
η (t n ) (+) = η (t n ) (−) + K (t n ) · (Z (t n ) −H (t n ) · η (t n ) (−) ) (14)
P (t n ) (+) = P (t n ) (−) −K (t n ) · H (t n ) · P (t n ) (−) Equation (15)
Here, Q and R represent a covariance matrix of disturbance and a covariance matrix of observation noise, respectively. The above equations (11) and (14) are filter equations, the above equation (13) is a filter gain, and the above equations (12) and (15) are covariance equations. In addition, (-) and (+) indicated by superscript indicate before and after updating.
次に、図5を参照して、本実施例の位置検出装置34の動作について説明する。図5に示す処理ルーチンは、GPS受信機22,32による位相積算値の演算周期毎(サンプル時間DT)に実行される。以下、時刻t=tn(=tn−1+DT)における処理ルーチンを例として説明する。
Next, with reference to FIG. 5, the operation of the
先ずステップ100において、時刻t=tnにおける衛星情報(各GPS衛星10iの位置情報、各GPS衛星10iに対する基準局20側の位相積算値、及び、各GPS衛星10iに対する移動局30側の位相積算値)が取得される。
First, at
続くステップ110では、前回の周期(t=tn−1)で得られた衛星情報と、今回の周期で得られた衛星情報とを比較して、今回の周期で衛星の切り替わり(例えば、新たなGPS衛星10iの出現やGPS衛星10iの消失)が生じたか否かが判断される。この際、所定の最低受信強度以上が確保されているGPS衛星10iのみが考慮されてもよい。即ち、今回の周期で最低受信強度を下回ったGPS衛星10iに対しては、“消失(観測不能)”と判断されてよく、今回の周期で最低受信強度を上回ったGPS衛星10iに対しては、“出現(観測可能)”と判断されてよい。
In the
上記ステップ110では、特に、前回の周期まで基準衛星として観測されていたGPS衛星10iが今回の周期でも観測されているか否かが判断される。基準衛星として観測されていたGPS衛星10iが今回の周期で観測不能となった場合、ステップ120に進む。
In
ステップ120では、予備基準衛星として観測されていたGPS衛星10iを基準衛星に格上げし、今回の周期で観測可能な他のGPS衛星10iを新たな予備基準衛星として選定する。
In
ここで、“予備基準衛星”及び“基準衛星”とは、上述の演算上の扱いは同じであるが、演算結果が最終出力として用いられるか否かいう点のみが異なる。即ち、本実施例では、実質的には、二以上の基準衛星を選定して、当該二以上の基準衛星に対する上述の演算を並列的に実行している。例えば、初回(時刻t=t0)の処理ルーチンで6つのGPS衛星100−5が観測可能である場合、整数値バイアス推定部48では、GPS衛星100が基準衛星として選定され、状態変数η=[Xu、Yu、Zu、N01bu、N02bu、N03bu、N04bu、N05bu]が設定(初期化)され、これに応じた誤差共分散行列P等が設定(初期化)され、上述のカルマンフィルタが適用される。一方、これとは別に、整数値バイアス推定部48では、GPS衛星101が予備基準衛星として選定され、状態変数η=[Xu、Yu、Zu、N10bu、N12bu、N13bu、N14bu、N15bu]が設定(初期化)され、これに応じた誤差共分散行列P等が設定(初期化)され、上述のカルマンフィルタが適用される。この予備基準衛星に関する演算結果は、次回の周期での演算処理(上記式(11)乃至(15)参照)に利用される(ステップ130参照)が、基準衛星が観測不能となった際に初めて、測位解の出力処理(ステップ140参照)で利用されるものである。尚、状態変数ηや誤差共分散行列P等に対する“初期化”とは、その各成分に所定の初期値を代入することをいう。
Here, the “preliminary reference satellite” and the “reference satellite” are handled in the same manner as described above, but differ only in whether the calculation result is used as the final output. That is, in this embodiment, substantially two or more reference satellites are selected, and the above-described calculation for the two or more reference satellites is executed in parallel. For example, if the first time (time t = t 0) of the processing routine of six GPS satellites 10 0-5 is observable, the integer
本ステップ120において、複数の観測可能なGPS衛星101の中から何れを“予備基準衛星”又は“基準衛星”とするかの基準は、GPS衛星101の高度等に基づく基準等、如何なるものであってもよい。或いは、“予備基準衛星”又は“基準衛星”は、複数の観測可能なGPS衛星101の中からランダムに選択されてもよい。
In this
続くステップ130では、今回の周期で得た観測量Z(tn)を用いて、上記式(11)乃至式(15)が適用され、測位算出が実行される。この際、上記ステップ120を経由した場合には、予備基準衛星を基準に設定・更新された状態変数η及び誤差共分散行列Pが、上記式(11)及び式(12)のη(tn−1)(+)及びP(tn−1)(+)として用いられる(尚、初回の処理ルーチンの場合、予備基準衛星を基準に初期化された状態変数η及び誤差共分散行列Pが、上記式(11)及び式(12)のη(tn)(−)及びP(tn)(−)として用いられる)。
In the
一方、上記ステップ120を経由しない場合、即ち上記ステップ110において基準衛星が今回の周期でも観測可能である場合、通常通り、前回の周期(t=tn−1)で上記式(14)及び式(15)により得られたη(tn−1)(+)及びP(tn−1)(+)を用いて、上記式(11)乃至式(15)が適用される。この演算処理は、前回の周期から観測されている基準衛星及び予備基準衛星の双方に関して並列的に実行される。即ち、上記ステップ120を経由する場合やそうでない場合の何れの場合であっても、基準衛星及び予備基準衛星の双方に関する演算処理が並列的に実行される。
On the other hand, when not passing through the
従って、“予備基準衛星”及び“基準衛星”が継続して観測可能である限り、次回の周期(t=tn+1)では、今回の周期で“予備基準衛星”及び“基準衛星”のそれぞれについて導出されたη(tn)(+)及びP(tn)(+)を用いて、上記式(11)乃至式(15)が適用される。このようにして、所定周期DT毎に、“予備基準衛星”及び“基準衛星”に対する演算処理がそれぞれ独立的・並列的に繰り返される。即ち、誤差共分散行列P及び状態変数ηが、“予備基準衛星”及び“基準衛星”に対してそれぞれに同時・並列的に導出・更新され、次回の周期へとそれぞれに引き継ぎされていく。 Therefore, as long as the “standby reference satellite” and the “reference satellite” can be continuously observed, in the next cycle (t = t n + 1 ), for each of the “standby reference satellite” and the “reference satellite” in the current cycle. Using the derived η (t n ) (+) and P (t n ) (+) , the above formulas (11) to (15) are applied. In this way, the arithmetic processing for the “preliminary reference satellite” and the “reference satellite” is repeated independently and in parallel for each predetermined period DT. That is, the error covariance matrix P and the state variable η are derived and updated simultaneously and in parallel for the “preliminary reference satellite” and the “reference satellite”, respectively, and are inherited to the next cycle.
続くステップ140では、測位解を算出・出力する処理が実行される。上記ステップ130から得られる整数値バイアスの推定値は、実数解として求められる。しかし、整数値バイアスは、実際には整数値であるので、求めた実数解に対して最も近い整数解(即ち、波数)を求める。この手法としては、整数値バイアスの無相関化をはかり、整数解の探索空間を狭めて解を特定するLA
MBDA法等が使用されてよい。また、GPS受信機22、32が、GPS衛星10から発射されるL1波及びL2波の双方を受信可能な2周波受信機である場合には、L1波及びL2波のそれぞれに対して上述と同様の推定を同時・並列的に実行し、双方の周期の和(ワイドレーン)を作成して整数値バイアスの整数解の候補を絞り込んでもよい。
In the following step 140, processing for calculating and outputting a positioning solution is executed. The estimated value of the integer bias obtained from
An MBDA method or the like may be used. In addition, when the
本ステップ140における上述の測位解の算出・出力には、“予備基準衛星”ではなく“基準衛星”に対する上記ステップ130の演算結果が利用される。従って、上記ステップ120を経由した場合には、前回の周期では“予備基準衛星”であったが今回の周期で“基準衛星”に格上げされた新しい基準衛星に対する上記ステップ130の演算結果が利用される。
For the calculation and output of the positioning solution in step 140, the calculation result of
尚、このようにして整数値バイアスの整数解が確定されると、以後、サイクルトリップが生じない限り、移動局30の位置は、当該整数値バイアスの整数解を用いて干渉測位法により高精度に算出できる。
When the integer solution of the integer bias is determined in this way, the position of the
ところで、本実施例によれば、既知の外部入力U(k)をカルマンフィルタに入力することで、移動局30が移動しながらでも状態変数(測位、整数値バイアス)の算出が可能となっている。従って、本実施例による位置検出装置34は、車両のような移動体に搭載しても、高精度の測位を実現することができる。
By the way, according to the present embodiment, by inputting a known external input U (k) to the Kalman filter, it is possible to calculate a state variable (positioning, integer value bias) even when the
しかしながら、実際の移動局30の移動中においては、周辺建物やトンネル等の影響により各GPS衛星10iからの電波受信状態が安定せず、一定数のGPS衛星10iから安定して電波が受信できない場合がある。特に、基準衛星としていたGPS衛星10iが観測不能となった場合、観測可能な複数のGPS衛星10iの中から新たな基準衛星を1つ特定し、当該新たな基準衛星を基準として整数値バイアスの確定処理を一からやり直さざるを得ない。
However, during the actual movement of the
また、実際の移動局30の移動中においては、移動局30の長距離の移動に伴い、移動局30により観測可能なGPS衛星10iが変化し、基準衛星の切り替えが必要となる場合がある。このように、基準衛星のサイクルトリップや切り替えが生じる毎に、新たな基準衛星に対して整数値バイアスの確定処理を一からやり直す構成(即ち、新たな基準衛星を基準として、誤差共分散行列Pや状態変数ηのすべての成分を初期化する構成)では、当該初期化による位置検出精度の一時的な悪化が頻繁に発生するので、車両のような移動体に対して不適となる。
In addition, while the
これに対して、本実施例によれば、上述の如く、基準衛星とは別に予備基準衛星を選定し、当該予備基準衛星に対して基準衛星に対してと同様の演算処理を行っておくことによって、基準衛星の切り替わりやサイクルトリップが発生した場合であっても、当該切り替わり以前から導出されていた当該予備基準衛星に対する誤差共分散行列Pや状態変数ηをそのまま利用することができる。これにより、基準衛星の切り替わり後に、整数値バイアスの確定処理を一からやり直す必要が無くなり、また、位置検出精度が大きく悪化することも無くなる。即ち、本実施例によれば、基準衛星の切り替わりやサイクルトリップに対してロバストな位置検出を実現でき、車両のような移動体に搭載された場合であっても、安定した位置検出精度を維持することができる。 On the other hand, according to the present embodiment, as described above, a standby reference satellite is selected separately from the reference satellite, and the same calculation processing as that for the reference satellite is performed on the backup reference satellite. Thus, even when the reference satellite is switched or a cycle trip occurs, the error covariance matrix P and the state variable η for the backup reference satellite derived before the switching can be used as they are. As a result, it is not necessary to repeat the integer bias determination process from the beginning after the reference satellite is switched, and the position detection accuracy is not greatly deteriorated. That is, according to the present embodiment, it is possible to realize position detection that is robust against switching of reference satellites and cycle trips, and maintains stable position detection accuracy even when mounted on a moving body such as a vehicle. can do.
尚、本実施例において、予備基準衛星の個数は、計算負荷の観点から、1であってよい。この場合、基準衛星が観測不能となり予備基準衛星が上述の如く新たな基準衛星として格上される毎に、若しくは、予備基準衛星が観測不能となる毎に、新たな予備基準衛星が1つ設定される。或いは、予備基準衛星の個数は、2以上の固定値又は変動値であってもよい。この場合、基準衛星が観測不能となった際、予め付与された優先度に従って適切な予備基準衛星が新たな基準衛星として格上されてよい。或いは、基準衛星が観測不能となった際、最も長い周期で連続的に観測されている予備基準衛星が新たな基準衛星として格上されてよい。或いは、基準衛星が観測不能となった際、その時点で分散が最も小さい予備基準衛星が新たな基準衛星として格上されてよい。これにより、基準衛星の切り替え時の一時的な精度の悪化を更に抑制することができる。 In this embodiment, the number of spare reference satellites may be 1 from the viewpoint of calculation load. In this case, each time the reference satellite becomes unobservable and the spare reference satellite is upgraded as a new reference satellite as described above, or every time the spare reference satellite becomes unobservable, one new spare reference satellite is set. Is done. Alternatively, the number of spare reference satellites may be a fixed value or a fluctuation value of 2 or more. In this case, when the reference satellite becomes unobservable, an appropriate backup reference satellite may be upgraded as a new reference satellite according to the priority assigned in advance. Alternatively, when the reference satellite becomes unobservable, the standby reference satellite continuously observed with the longest cycle may be upgraded as a new reference satellite. Alternatively, when the reference satellite becomes unobservable, the standby reference satellite having the smallest dispersion at that time may be upgraded as a new reference satellite. Thereby, temporary deterioration of accuracy at the time of switching of the reference satellite can be further suppressed.
図6は、本実施例による位置検出装置34により実現される高い位置検出精度を実証する試験データである。図6(A)は、本実施例のアルゴリズム(予備基準衛星を導入した並列演算処理)が適用された構成による試験結果を示し、横軸にエポック(演算)数を示し、縦軸に測位誤差を示している。図6(B)は、基準衛星の切り替わり毎に誤差共分散行列Pを初期化する構成による試験結果を示している。何れの演算結果も、GPS衛星10iの切り替わりが多発している同一の衛星軌道データを用いて実行されている。
FIG. 6 is test data demonstrating high position detection accuracy realized by the
本実施例のアルゴリズムが適用されない場合には、図6(B)に示すように、基準衛星の切り替わりが生じた際に大きな精度誤差が発生し、解のばらつきも大きいのに対して、本実施例のアルゴリズムが適用された場合、図6(A)に示すように、解のばらつきが小さく、良好な精度の解が求めることが可能となった。即ち、図6(A)に示すように3つの時点で基準衛星の切り替わりが生じているが、当該切り替わり時に、上述の如く裏処理として演算されていた予備基準衛星に対する演算結果を利用することで、当該切り替わり時(及び切り替わり後)において高い精度の解を得ることが可能となった。 When the algorithm of the present embodiment is not applied, as shown in FIG. 6B, a large accuracy error occurs when the reference satellite is switched, and the variation of the solution is large. When the algorithm of the example is applied, as shown in FIG. 6A, the dispersion of the solution is small, and it becomes possible to obtain a solution with good accuracy. That is, as shown in FIG. 6A, the reference satellites are switched at three points in time. At the time of the switching, the calculation results for the spare reference satellites calculated as the back process as described above are used. It is possible to obtain a highly accurate solution at the time of the switching (and after the switching).
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.
例えば、上述した実施例では、上記式(9)の状態方程式及び上記式(10)の観測方程式にカルマンフィルタを適用するものであったが、本発明は、最小2乗法等の他の推定手法を適用する構成に対しても適用可能である。 For example, in the above-described embodiment, the Kalman filter is applied to the state equation of the above equation (9) and the observation equation of the above equation (10), but the present invention uses other estimation methods such as the least square method. The present invention can also be applied to the configuration to be applied.
また、上述した実施例では、移動局30の移動中においても短時間且つ高精度に整数値バイアスを確定できるように、上記式(9)の状態方程式に既知入力Uを導入しているが、他の方法により移動局30の動的な移動が補償されてもよく、或いは、簡易的に当該補償が省略されてもよい(即ち、既知入力U無し)。
In the above-described embodiment, the known input U is introduced into the state equation of the above equation (9) so that the integer value bias can be determined with high accuracy in a short time even while the
また、上述した実施例では、上述の如く2重位相差を取ることでGPS受信機22,32内での発振器の初期位相、及び、時計誤差等の影響を消去しているが、GPS衛星10の初期位相及びGPS時計誤差のみを消去できる一重位相差を取る構成であってもよい。また、本実施例では、電離層屈折効果、対流圏屈折効果及びマルチパスの影響を無視しているが、これらを考慮するものであってもよい。
In the above-described embodiment, the influence of the initial phase of the oscillator and the clock error in the
また、上述の説明では、移動局30の例として車両を挙げたが、移動局30は、受信機32及び/又は演算器40が実装されたホークリフト、ロボットや、受信機32及び/又は演算器40を内蔵する携帯電話等の情報端末を含む。
In the above description, a vehicle is given as an example of the
また、上述の実施例では、他の共分散行列(例えば、Q、R)には定数を用いているため、誤差共分散行列Pに対するような、予備基準衛星を導入した並列演算処理が不要であるが、定数を採用しない場合、他の共分散行列に対して同様の並列演算処理が適用されてよい。 In the above-described embodiment, since constants are used for other covariance matrices (for example, Q, R), parallel calculation processing using a spare reference satellite as in the case of the error covariance matrix P is unnecessary. However, if a constant is not employed, similar parallel processing may be applied to other covariance matrices.
10 GPS衛星
20 基準局
22 基準局側GPS受信機
30 移動局
32 移動局側GPS受信機
34 位置検出装置
40 演算器
42 衛星位置算出部
44 動的状態量導入部
48 整数値バイアス推定部
DESCRIPTION OF
48 Integer Bias Estimator
Claims (7)
前記基準衛星が観測不能となった場合、観測可能な複数の衛星の中から前記基準衛星以外の他の衛星を新たな基準衛星として、過去の観測データを用いて整数値バイアスの推定を実行することを特徴とし、
前記新たな基準衛星とされる他の衛星は、前記基準衛星が観測不能となる周期より前に、予備基準衛星として選定されており、
前記予備基準衛星の選定後、整数値バイアスの推定に必要な処理が、所定周期毎に、前記基準衛星及び前記予備基準衛星をそれぞれ基準として並列的に実行されており、該処理により得られるデータが、前記過去の観測データとして用いられ、
前記新たな基準衛星とされる他の衛星は、前記基準衛星が観測不能となる周期より前に、予備基準衛星として選定されており、
前記予備基準衛星の選定後、前記予備基準衛星を基準として設定された共分散が、所定周期毎に観測データを用いて更新され、前記過去の観測データとして用いられ、
前記移動局は車両であり、当該位置検出装置は該車両に搭載され、
前記車両の移動に関する動的状態量を検出する検出手段を備え、該動的状態量の検出結果が整数値バイアスの推定に用いられる、位置検出装置。 One reference satellite is selected from a plurality of satellites that can be observed by the mobile station, and is included in the integrated value of the carrier phase of the satellite signal from each satellite using observation data that the mobile station observes every predetermined period Position detection for estimating an integer value bias based on a phase difference between integrated values related to other satellites based on the integrated value related to the reference satellite, and detecting the position of the mobile station based on the estimated integer value bias A device,
When the reference satellite becomes unobservable, estimation of an integer bias is performed using past observation data with a satellite other than the reference satellite as a new reference satellite from among a plurality of observable satellites. It is characterized by
The other satellites to be the new reference satellites are selected as backup reference satellites before the period when the reference satellites become unobservable,
After the selection of the spare reference satellite, the processing necessary for estimating the integer bias is executed in parallel at predetermined intervals with each of the reference satellite and the spare reference satellite as a reference, and data obtained by the processing. Is used as the past observation data,
The other satellites to be the new reference satellites are selected as backup reference satellites before the period when the reference satellites become unobservable,
After the selection of the backup reference satellite, the covariance set with reference to the backup reference satellite is updated using observation data every predetermined period, and used as the past observation data,
The mobile station is a vehicle, and the position detection device is mounted on the vehicle,
A position detection device comprising detection means for detecting a dynamic state quantity relating to the movement of the vehicle, wherein the detection result of the dynamic state quantity is used for estimation of an integer value bias.
移動局により観測可能な複数の衛星の中から1つの基準衛星を選定し、所定周期毎に、移動局が観測する観測データを用いて、各衛星からの衛星信号の搬送波位相の積算値を算出し、前記基準衛星に係る積算値を基準とした他の衛星に係る積算値の位相差を算出し、該位相差を用いて、前記基準衛星を基準とした第1の共分散データを更新する第1の共分散更新手段と、
移動局により観測可能な複数の衛星の中から前記基準衛星とは異なる予備基準衛星を選定し、所定周期毎に、移動局が観測する観測データを用いて、各衛星からの衛星信号の搬送波位相の積算値を算出し、前記予備基準衛星に係る積算値を基準とした他の衛星に係る積算値の位相差を算出し、該位相差を用いて、前記予備基準衛星を基準とした第2の共分散データを更新する第2の共分散更新手段と、
前記第1の共分散更新手段により得られる第1の共分散データを用いて整数値バイアスを推定する整数値バイアス推定手段とを備え、
前記第1の共分散更新手段及び前記第2の共分散更新手段による更新は並列的に実行され、
前記整数値バイアス推定手段は、前記基準衛星が観測不能となった場合、前記第2の共分散更新手段により得られる第2の共分散データを用いて整数値バイアスを推定することを特徴とする、位置検出装置。 A position detection device that detects an integer value bias included in an integrated value of a carrier wave phase of a satellite signal observed by a mobile station every predetermined period, and detects the position of the mobile station,
One reference satellite is selected from a plurality of satellites that can be observed by the mobile station, and the integrated value of the carrier phase of the satellite signal from each satellite is calculated using the observation data observed by the mobile station at a predetermined period. And calculating the phase difference of the integrated values related to the other satellites based on the integrated value related to the reference satellite, and updating the first covariance data based on the reference satellite using the phase difference. First covariance update means;
A spare reference satellite that is different from the reference satellite is selected from a plurality of satellites that can be observed by the mobile station, and the carrier phase of the satellite signal from each satellite is measured using observation data that the mobile station observes at predetermined intervals. And the phase difference of the integrated values related to the other satellites based on the integrated value related to the backup reference satellite is calculated, and the second difference based on the backup reference satellite is calculated using the phase difference. Second covariance update means for updating the covariance data of
Integer value bias estimation means for estimating an integer value bias using the first covariance data obtained by the first covariance update means,
Updates by the first covariance update means and the second covariance update means are executed in parallel,
The integer value bias estimation means estimates the integer value bias using the second covariance data obtained by the second covariance update means when the reference satellite becomes unobservable. , Position detection device.
前記基準衛星が観測不能となった場合、前記第1の共分散更新手段は、前記予備基準衛星を基準衛星として、前記第2の共分散更新手段による更新処理を引き継ぎ、前記第2の共分散更新手段は、前記予備基準衛星とは異なる新たな予備基準衛星を選定し、該新たな予備基準衛星に対して前記更新処理を開始する、請求項2記載の位置検出装置。 Only one spare reference satellite is selected,
When the reference satellite becomes unobservable, the first covariance update means takes over the update process by the second covariance update means using the backup reference satellite as a reference satellite, and the second covariance update means The position detecting device according to claim 2, wherein the update unit selects a new backup reference satellite different from the backup reference satellite, and starts the update process for the new backup reference satellite.
前記基準衛星が観測不能となった場合、前記整数値バイアス推定手段は、継続して観測されている時間の最も長い予備基準衛星に係る第2の共分散データを用いて、前記整数値バイアス推定処理を行う、請求項2記載の位置検出装置。 A plurality of spare reference satellites are selected,
When the reference satellite becomes unobservable, the integer value bias estimation means uses the second covariance data related to the standby reference satellite with the longest time being continuously observed, to estimate the integer value bias. The position detection device according to claim 2, which performs processing.
前記基準衛星が観測不能となった場合、前記整数値バイアス推定手段は、その時点で最も分散が小さい予備基準衛星に係る第2の共分散データを用いて、前記整数値バイアス推定処理を行う、請求項2記載の位置検出装置。 A plurality of spare reference satellites are selected,
When the reference satellite becomes unobservable, the integer value bias estimation means performs the integer value bias estimation process using the second covariance data related to the standby reference satellite having the smallest variance at that time point. The position detection device according to claim 2.
移動局が所定周期毎に観測する観測データを用いて、所定周期毎に、前記基準衛星を基準とした第1の共分散データを更新する第1の共分散更新ステップと、
観測可能な複数の衛星の中から前記基準衛星以外の衛星を予備基準衛星として選定する予備基準衛星選定ステップと、
前記予備基準衛星選定ステップ後、所定周期毎に、前記第1の共分散更新ステップと並列的に実行され、移動局が所定周期毎に観測する観測データを用いて、前記予備基準衛星を基準とした第2の共分散データを更新する第2の共分散更新ステップと、
前記第1の共分散更新ステップにより得られた第1の共分散データに基づいて、各衛星からの衛星信号の搬送波位相の積算値に含まれる整数値バイアスを推定し、該推定した整数値バイアスに基づいて移動局の位置を検出する位置検出ステップとを含み、
前記位置検出ステップでは、前記基準衛星が観測不能となった場合に、前記第2の共分散更新ステップにより得られた第2の共分散データに基づいて、前記整数値バイアスの推定が実行されることを特徴とする、位置検出方法。 A reference satellite selection step for selecting one reference satellite from a plurality of satellites that can be observed by the mobile station;
A first covariance update step of updating first covariance data with reference to the reference satellite for each predetermined period using observation data observed by the mobile station for each predetermined period;
A backup reference satellite selection step of selecting a satellite other than the reference satellite as a backup reference satellite from a plurality of observable satellites;
After the preliminary reference satellite selection step, the observation is performed in parallel with the first covariance update step every predetermined period and the observation data observed by the mobile station every predetermined period is used as a reference. A second covariance update step for updating the second covariance data,
Based on the first covariance data obtained by the first covariance update step, an integer value bias included in the integrated value of the carrier phase of the satellite signal from each satellite is estimated, and the estimated integer value bias And a position detecting step for detecting the position of the mobile station based on
In the position detection step, when the reference satellite becomes unobservable, the estimation of the integer bias is executed based on the second covariance data obtained by the second covariance update step. The position detection method characterized by the above-mentioned.
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