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【発明の名称】 測位端末装置
【発明者】 【氏名】野本 弘平
【要約】 【課題】従来の測位端末装置では、測位のために、非線形方程式で記述される物理過程を解くための逐次近似法による計算や、地心座標系と局所測地座標系の問題も加わって、複雑な非線形の計算となる直交座標から経度緯度高度座標への座標変換の計算に要する、時間的あるいはコスト的な負荷が大きい、という課題があった。

【解決手段】位置基準局の位置と伝播時間の測定値とを入力し、未知の位置の測位結果を計算して出力するニューラルネットワークと、前記ニューラルネットワークに、その入出力関係を学習させる調整量を出力する調整量計算器を有する学習部とを具備するようにした。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 位置基準局との間の電波の伝播時間を測定することにより、未知の位置を求める測位端末装置において、前記位置基準局の位置と前記伝播時間の測定値とを入力し、未知の位置の測位結果を計算して出力するニューラルネットワークと、前記ニューラルネットワークに、その入出力関係を学習させる調整量を出力する調整量計算器を有する学習部とを具備したことを特徴とする測位端末装置。
【請求項２】 前記学習部に、位置基準局の位置と伝播時間の測定値とを出力するデータ発生器と、前記伝播時間の測定値を入力し、疑似距離を出力する疑似距離計算器と、前記位置基準局の位置と前記疑似距離と測位結果に関する仮の解とを入力し、前記測位結果に関する仮の解を改善して出力する逐次近似計算器と、前記逐次近似計算器が出力する前記仮の解を入力し、この値の収束を判定し、収束が判定されたときにその値を測定結果として出力する収束判定器とを具備したことを特徴とする、請求項１記載の測位端末装置。
【請求項３】 前記学習部において、前記収束判定器の出力である測位結果を入力し、これを直交座標から経度緯度高度座標に変換して出力する座標変換器を具備したことを特徴とする、請求項２記載の測位端末装置。
【請求項４】 前記学習部において、前記収束判定器の出力である測位結果を、直接、前記調整量計算器の入力としたことを特徴とする、請求項２記載の測位端末装置。
【請求項５】 前記学習部に、位置基準局の位置と未知の位置と端末時計誤差とを出力するデータ発生器と、前記位置基準局と前記未知の位置と前記端末時計誤差とを入力し、伝播時間の測定値を計算して出力する物理過程計算器とを具備したことを特徴とする、請求項１記載の測位端末装置。
【請求項６】 測定端末装置が利用される空間を運用領域として出力する運用領域指示器を具備し、前記データ発生器は前記運用領域を入力し、その領域内で前記未知の位置を変化させて出力することを特徴とする、請求項５記載の測位端末装置。
【請求項７】 前記位置基準局として、その位置が一定、あるいは、ほぼ一定である位置基準局を用いたことを特徴とする、請求項１記載の測位端末装置。
【請求項８】 受信器の出力を入力し、前記位置基準局の識別信号を出力する位置基準局識別器と、前記識別信号を入力し、前記位置基準局の位置を出力する位置基準局位置読み出し器とを具備したことを特徴とする、請求項７記載の測位端末装置。
【請求項９】 受信器の出力を入力し、前記位置基準局の位置を出力する位置基準局位置解読器を具備したことを特徴とする、請求項７記載の測位端末装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、位置基準局との距離を電波を利用して測定し、その距離から未知の位置を求める測位端末装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図６は、従来の代表的な測位システムであるＧｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ（以下、ＧＰＳと呼ぶ）の運用を示す図である。この図により、従来の測位端末装置の運用を説明する。
【０００３】図６において、１は、未知の位置に置かれ、その位置を測位する従来の測位端末装置、２は、前記測位端末装置１に電波を送信する位置基準局としての衛星、そして、３は、前記位置基準局２が地球を周回する衛星軌道である。
【０００４】図７は、社団法人日本測地協会編著「新訂版ＧＰＳ、人工衛星による精密測位システム」、１９８９年、社団法人日本測量協会発行の第５章「単独測位」に示された従来の前記測位端末装置１の構成を示すブロック線図である。
【０００５】図７において、１は、前記従来の測位端末装置、４は、前記位置基準局２が送信した前記電波を受信し、それに記された送信時刻ｔi を読み出して出力する受信器、５は、前記電波の受信時刻ｔo を出力する時計、６は、前記受信器４が出力する前記送信時刻ｔi を入力し、前記位置基準局２の位置（ｘi ，ｙi ，ｚi）を出力する軌道計算器、７ａは、前記位置基準局２の位置（ｘi ，ｙi ，ｚi）と、前記送信時刻ｔi と前記受信時刻ｔo （ｔo には端末時計誤差δt を含む）との差を入力し、測位結果を直交座標（ｘo ，ｙo ，ｚo ），δt で出力する測位計算部、８ａは、前記直交座標の測位結果を入力し、これを経度緯度高度座標に変換して出力する座標変換器、そして、９は、前記経度緯度高度座標の測位結果を入力して表示する表示器である。以上、受信器４、時計５、軌道計算器６、測位計算部７ａ、座標変換器８ａ、そして、表示器９は、前記測位端末装置１を構成する。
【０００６】さらに、図７の前記測位計算部７ａにおいて、１０は、前記送信時刻と前記受信時刻との差として得られる伝播時間の測定値τi を入力し、疑似距離を出力する疑似距離計算器、１１は、前記位置基準局２の位置と前記疑似距離と測位結果に関する仮の解（ｘ’，ｙ’，ｚ’），δt ’を入力し、前記測位結果に関する仮の解を改善して出力する逐次近似計算器、そして、１２は、前記逐次近似計算器１１が出力する前記仮の解を入力し、この値の収束を判定し、収束が判定されたとき、その値を測位結果として出力する収束判定器である。以上、疑似距離計算器１０、逐次近似計算器１１、そして、収束判定器１２は、前記測位計算部７ａを構成する。
【０００７】上述した従来の測位端末装置の動作を以下に説明する。
【０００８】まず、位置基準局２は、送信時刻ｔi を記した電波を送信する。
【０００９】次に、測位端末装置１において受信器４は、前記位置基準局２が送信した前記電波を受信し、そこに記された送信時刻ｔi を読み出して出力する。
【００１０】前記電波が受信されたのと同時に、あるいは一定時間遅延の後に、時計５は、前記電波の受信時刻ｔo を出力する。ただし、前記時計５には、一般に、端末時刻誤差δt がある。このため、前記受信時刻ｔo には、この端末時刻誤差δt が含まれている。
【００１１】一方、軌道計算器６は、前記受信器４が出力する前記送信時刻ｔi を入力する。前記位置基準局２の衛星軌道３は公開されているから、前記送信時刻ｔi における前記位置基準局２の位置（ｘi ，ｙi ，ｚi ）は、前記送信時刻ｔi を考慮した軌道計算により求めることができる。前記軌道計算器６は、この計算を行い、前記位置基準局２の位置を出力する。
【００１２】そして、測位計算部７ａは、前記軌道計算器６が出力する前記位置基準局２の位置と、前記受信器４が出力する前記送信時刻ｔi と前記時計５が出力する前記受信時刻ｔo との差として得られる伝播時間の測定値τi とを入力する。このうち、前記伝播時間の測定値τi は、前述のように、前記受信時刻ｔo が端末時計誤差δt を含んでいるため、見掛けの伝播時間としての意味を持つ。
【００１３】さらに、前記測位計算部７ａにおいて、疑似距離計算器１０は、前記伝播時間の測定値τi を入力し、これに光速を乗ずることにより、前記測位端末装置１と前記位置基準局２との間の疑似距離ｒを出力する。この疑似距離ｒという意味も、前記端末時計誤差δt の影響を受けた距離ということを表わしている。
【００１４】逐次近似計算器１１は、前記軌道計算器６が出力する前記位置基準局２の位置（ｘi ，ｙi ，ｚi ）と前記疑似距離計算器１０が出力する前記疑似距離ｒとを入力する。一つの位置基準局２（これをｉ番目の位置基準局２とする）の位置と、測位端末装置１がある未知の位置との関係は、前記伝播時間の測定値τi により、次式のように表わされる。ただし、ここで、次式が直交座標で表現されることに注意する必要がある。実際には、この直交座標としては、ＷＧＳ−８４と呼ばれる地球固定地心直交座標が用いられる。
【００１５】
【数１】

【００１６】一般には、４組の位置基準局２の位置とそこまでの疑似距離とを入力する。このことにより、４つの前式を連立させることにより、前記測位端末装置１がある未知の位置を３次元で求め、前記端末時計誤差をも求める。
【００１７】しかし、前式は、未知数の自乗の平方根がある非線形の方程式であり、容易には解く事ができない。そこで、未知数を、仮の解（ｘ’，ｙ’，ｚ’），δt ’と補正値との和で表わし、式をその補正値について展開し、補正値は微小であるとの仮定の下に２次以上の項を省略して、線形化を行う。こうして、得られる補正値の線形連立一次方程式を解いて求められた補正値を前記の仮の解に加え、新たな仮の解、すなわち改善された解とする。そして、未知数を、この新たな仮の解と新たな補正値との和で表わし直し、以上の過程を繰り返す。この繰り返しにより、仮の解を、次第に改善し、真の値に近づけていく。このような計算の方法を、逐次近似計算法といい、前記逐次近似計算器１１はこの逐次近似計算を繰り返し行い、仮の解を改善して出力する。
【００１８】収束判定器１２は、前記逐次近似計算器１１が出力する前記改善された仮の解を入力し、その収束を判定する。具体的には、前記仮の解を計算の繰り返し毎に入力し、その値の変化量が十分に小さくなったら、収束したものと判定する。そして、収束したものと判定されたときに、その仮の解を、真の解、すなわち測位結果（ｘo ，ｙo ，ｚo ），δt として出力する。一方、収束したものと判定されなかった場合には、その仮の解は、再び前記逐次近似計算器１１の入力となり、改善が繰り返される。ただし、前述のように。前記収束判定器１２が出力する測位結果は、直交座標で表現された前式に基づいて求められたものである。
【００１９】座標変換器８ａは、前記収束判定器１２が出力する直交座標で求められた測位結果を入力し、これを実際に日本の地図に対応できるように、日本の局所測地座標系としての経度緯度高度座標に変換し、出力する。この座標として、我が国では東京測地系（Ｔｏｋｙｏ Ｄａｔｕｍ）が用いられている。
【００２０】最後に、表示器９は、前記座標変換器８ａが出力する経度緯度高度座標で表わされた測位結果を入力し、この位置を表示する。一般的には、地図上に表示する事が多い。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】以上に述べたように、測位は、位置基準局２から未知の位置までの電波の伝播時間を測定し、これと位置基準局２の位置とを基に、測位端末装置のある未知の位置を求めている。しかし、この関係を物理過程として見ると、図８に示すように、位置基準局２の位置と未知の位置とが先に決まっており、その位置基準局２からその未知の位置まで電波が伝播するのに要する時間が決まり、それに端末時計誤差が加わって伝播時間の測定値となるのである。この物理過程１３を記述したものが、前述の位置基準局２の位置と、未知の位置との関係を、伝播時間で表わした方程式である。しかるに、図９に示すように、測位計算の過程１４においては、伝播時間の測定値からその物理過程の逆問題を解いて、未知の位置を求めていることになる。ここで問題となることは、前述のように、もともとの方程式が非線形であるから、この逆問題は、逐次近似法の手間を掛けて繰り返し計算により解かなければならないということである。さらに、この方程式が立てられる直交座標系と、実際の地図との対応付けに利用される経度緯度高度座標系との間の座標変換も必要である。この座標変換も、前記「新訂版ＧＰＳ、人工衛星による精密測位システム」の第７章「地球上の位置の表わし方と座標系」に詳細が述べられているように、この座標変換には、地心座標系と局所測地座標系の問題も加わって、複雑な非線形の計算となる。
【００２２】従来の測位端末装置をこのような立場から見ると、測位をして地図上に照合するために、物理過程の逆問題を逐次近似法による計算で解き、さらに座標変換の計算を行っていることになる。すなわち、従来の測位端末装置１には、これらの計算処理に要する時間的あるいはコスト的な負荷が大きい、という課題があった。
【００２３】この発明は、前述の課題を解決するために成されたもので、時間的あるいはコスト的な付加を要さない処理により、測位をして地図上に照合できる測位端末装置を得ることを目的とするものである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】第１の発明による測位端末装置は、前記位置基準局と位置と前記伝播時間の測定値とを入力し、未知の位置の測位結果を計算して出力するニューラルネットワークと、前記ニューラルネットワークに、その入出力関係を学習させる調整量を出力する調整量計算器を有する学習部とを具備したものである。
【００２５】第２の発明による測位端末装置は、前記学習部に、位置基準局の位置と伝播時間の測定値とを出力するデータ発生器と、前記伝播時間の測定値を入力し、疑似距離を出力する疑似距離計算器と、前記位置基準局の位置と前記疑似距離と測位結果に関する仮の解とを入力し、前記測位結果に関する仮の解を改善して出力する逐次近似計算器と、前記逐次近似計算器が出力する前記仮の解を入力し、この値の収束を判定し、収束が判定されたときにその値を測定結果として出力する収束判定器とを具備したものである。
【００２６】第３の発明による測位端末装置は、前記学習部において、前記収束判定器の出力である測位結果を入力し、これを直交座標から経度緯度高度座標に変換して出力する座標変換器を具備したものである。
【００２７】第４の発明による測位端末装置は、前記学習部において、前記収束判定器の出力である測位結果を、直接、前記調整量計算器の入力としたものである。
【００２８】第５の発明による測位端末装置は、前記学習部を、位置基準局の位置と未知の位置と端末時計誤差とを出力するデータ発生器と、前記位置基準局と前記未知の位置と前記端末時計誤差とを入力し、伝播時間の測定値を計算して出力する物理過程計算器とを具備したものである。
【００２９】第６の発明による測位端末装置は、測定端末装置が利用される空間を運用領域として出力する運用領域指示器を具備し、前記データ発生器は前記運用領域を入力し、その領域内で前記未知の位置を変化させて出力するようにしたものである。
【００３０】第７の発明による測位端末装置は、前記位置基準局として、その位置が一定、あるいは、ほぼ一定である位置基準局を用いたものである。
【００３１】第８の発明による測位端末装置は、受信器の出力を入力し、前記位置基準局の識別信号を出力する位置基準局識別器と、前記識別信号を入力し、前記位置基準局の位置を出力する位置基準局位置読み出し器とを具備したものである。
【００３２】第９の発明による測位端末装置は、受信器の出力を入力し、前記位置基準局の位置を出力する位置基準局位置解読器を具備したものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、この発明による測位端末装置のいくつかの実施の形態を図に基づいて説明する。
【００３４】実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１の構成を示すブロック線図である。図１において、１５は、位置基準局２の位置（ｘi ，ｙi ，ｚi ）と伝播時間の測定値τi とを入力し、測位結果を経度緯度高度座標で出力する測位・座標変換計算部である。
【００３５】前記測位・座標変換計算部１５において、１６は、測位のオンライン使用時に、前記測位・座標変換計算部１５の全体を構成するニューラルネットワークである。
【００３６】さらに図１において、１７は、前記ニューラルネットワーク１６を、オフライン時に、構成要素の一つとする学習部である。
【００３７】前記学習部１７において、１８ａは、位置基準局の位置（ｘi ，ｙi ，ｚi ）と伝播時間τi の測定値とを発生するデータ発生器、１９ａは、前記ニューラルネットワーク１６に、その入出力関係を学習させる調整量を出力する調整量計算器である。
【００３８】ここで、ニューラルネットワークについて、これを用いる意味について簡単に説明をする。まず、ニューラルネットワークは、歴史的には、動物の神経回路をモデル化することが研究の大きなモチベーションであったが、ここでは単なる工学的アルゴリズムの一つとしてみなす。また、ニューラルネットワークは、階層型ネットワークと相互結合型ネットワークとに大別されるが、ここでは前者、階層型ネットワークをさしている。さらに、階層型ネットワークのニューラルネットワークにも、階層の段数や、ユニット相互の結合の仕方や、各ユニットが持つ入出力関数などにより様々なタイプのものが提案されているが、ここではそれらのタイプには関係なく一般的に階層型ネットワークのニューラルネットワークを用いるものとする。
【００３９】工学的アルゴリズムとして捕えた場合の階層型ネットワークのニューラルネットワークの特徴は、オンライン時に実行する入出力関数を、オフライン時に学習できるメカニズムである、ということである。たとえば、ロボットアームの制御において、各関節で制御すべきトルクは、その結果実現されるアームの動作が所望のものとなるようなものである。このような場合に、ニューラルネットワークを制御アルゴリズムとして用いると、オフライン時に、ニューラルネットワークでトルクを制御させて、その結果生ずるアームの動きと、所望のアームの動作（これを「教師信号」という）とから計算される調整信号により、ニューラルネットワークを学習させる。その学習させたニューラルネットワークを、オンライン時に用いれば、ロボットアームに所望の動作を実現するような関節のトルクをニュートラルネットワークは制御することができる。このことは、物理的には、関節のトルクの制御が原因であり、ロボットアームの動きが結果である関数関係に対し、所望のロボットアームの動作を与えられて、それを実現する関節のトルクの制御を出力するような逆関数をニューラルネットワークは実現したことになる。
【００４０】このことは、前述の従来の測位端末システムにおける解決すべき課題、電波の伝播時間から位置を求めるという物理過程の逆問題に、一つの解決手段を与える。本発明の意図は、ニューラルネットワークを用いて物理過程の逆関数を実現することにより、前述の課題を解決することである。
【００４１】次に動作について説明する。動作は、前記ニューラルネットワークを１６を用いた測位に関するオンライン時の動作と、このニューラルネットワーク１６を学習させるためのオフライン時の動作とがある。まず、測位に関するオンライン時の動作について説明する。
【００４２】受信器４と、時計５と、軌道計算器６の動作は、従来の測位端末装置と同じである。
【００４３】測位・座標変換計算部１５は、前記軌道計算器６が出力する前記位置基準局２の位置（ｘi ，ｙi ，ｚi ）と、前記受信器４が出力する前記送信時刻ｔi と前記時計５が出力する前記受信時刻ｔo との差として得られる前記伝播時間の測定値τi とを入力する。
【００４４】前記測位・座標変換計算部１５において、ニューラルネットワーク１６は、前記位置基準局２の位置（ｘi ，ｙi ，ｚi ）と前記伝播時間の測定値τi とを入力し、これらの値に対応する未知の位置の測位結果の経度緯度高度座標による値を計算し、出力する。
【００４５】ここで、前記ニューラルネットワーク１６は、次に述べるオフライン時の動作により、予め学習が完了している。
【００４６】最後に、前記測位結果は、前記測位・座標変換計算部１５の出力となり、表示器９に入力される。前記表示器９の動作は、従来の測位端末装置と同様である。
【００４７】次に、前記ニューラルネットワーク１６を学習させるためのオフライン時の動作について説明する。
【００４８】学習部１７は、オフライン時に、前記ニューラルネットワーク１６をその構成要素の一つとする。
【００４９】前記学習部１７において、データ発生器１８ａは、前記位置基準局２の位置（ｘi ，ｙi ，ｚi ）と伝播時間の測定値τi とを発生し、出力する。
【００５０】測位計算部７ｂは、前記データ発生器１８ａが出力する前記位置基準局２の位置（ｘi ，ｙi ，ｚi ）と前記伝播時間τi の測定値とを入力する。前記測位計算部７ｂの動作は、従来の測位端末装置における測位計算部７ａと同様であり、逐次近似計算により、正しい測位結果を直交座標で求め、出力する。
【００５１】座標変換器８ａは、前記測位計算部７ｂが出力する直交座標で求められた正しい測位結果を入力する。前記座標変換器８ａの動作も従来の測位端末装置１における座標変換器８ａと同様であり、経度緯度高度座標に変換された正しい測位結果を出力する。
【００５２】一方、前記データ発生器１８ａが出力する前記位置基準局２の位置（ｘi ，ｙi ，ｚi ）と前記伝播時間の測定値τi とは、同時に、前記学習部１７の構成要素となっている前記ニューラルネットワーク１６の入力ともなっている。前記ニューラルネットワーク１６は、オンライン時と同様の計算で測位結果を経度緯度高度座標で求め、出力する。ただし、オフライン時の学習過程にあるこの測位結果は、一般には正しい値ではない。
【００５３】つまり、前記データ発生器１８ａが出力した前記位置基準局２の位置（ｘi ，ｙi ，ｚi ）と前記伝播時間の測定値τi は、同時に、前記測位計算部７ｂと前記ニューラルネットワーク１６の入力となり、正しい測位結果と前記ニューラルネットワーク１６の学習過程の測位結果とが、それぞれ出力されるのである。
【００５４】そこで、調整量計算器１９は、前記正しい測位結果と前記ニューラルネットワーク１６の学習過程の測位結果とを入力する。そして、前記調整量計算器１９は、前記学習過程の測位結果が前記正しい測位結果に近づくように、前記ニューラルネットワーク１６を調整するための調整量を計算して出力する。
【００５５】この調整信号の計算アルゴリズムは、誤差逆伝播法、あるいは、ＥｒｒｏｒＢａｃｋ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍと呼ばれているものである。ニューラルネットワークも、今や、一般的に普及した方法論であり、その中でもこの逆誤差伝播法のアルゴリズムは代表的なものであるので、この分野の技術者であれば、誰でも理解しているものとしてここでは説明をしない。わかりやすい解説書として、次のものをあげておく。麻生英樹著「ニューラルネットワーク情報処理」、１９９０年、産業図書株式会社発行。
【００５６】前記調整量計算器１９から出力された前記調整量は、前記ニューラルネットワーク１６に入力される。前記ニューラルネットワーク１６は、前記調整量にしたがってユニット間の結合係数を変化させることにより、次第に、正しい測位結果に近い測位結果を出力できるようになる。あらかじめ基準値を用意し、学習過程の測位結果と正しい測位結果との差がこの基準値以下に収まるようになれば、オフラインでの学習を終了する。その結果、前記ニューラルネットワーク１６は、オンラインでの測位を実行できるようになる。
【００５７】実施の形態２．図２は、この発明の実施の形態２の構成を示すブロック線図である。実施の形態２では、学習部１７において、測位計算部７ｂの出力は、実施の形態１のように座標変換器８ａを介することなく、直接、調整量計算器１９ｂの入力となっている。
【００５８】また、実施の形態１の構成要素であった測位・座標変換計算部１５は、実施の形態２では、測位計算部７ｂに置き換えられている。
【００５９】次に動作について説明する。ここでは、前記ニューラルネットワーク１６を学習させるためのオフライン時の動作について先に説明する。
【００６０】学習部１７において、データ発生器１８ａと測位計算部７ｂの動作は、実施の形態１による測位端末装置と同様である。
【００６１】調整量計算器１９ｂは、測位計算部７ｂが出力する直交座標で求められた正しい測位結果と、ニューラルネットワーク１６が出力する学習過程の測位結果とを入力し、両者の差が小さくなるように、前記ニューラルネットワーク１６を調整するための調整量を計算し、出力する。
【００６２】前記調整量は、前記ニューラルネットワーク１６に入力される。前記ニューラルネットワーク１６は、前記調整量にしたがってユニット間の結合係数を変化させることにより、次第に、直交座標で求められた正しい測位結果を出力するようになる。すなわち、前記ニューラルネットワーク１６は、経度緯度高度座標に変換する前の直交座標の測位結果を出力するように学習される。
【００６３】次に、測位に関するオンライン時の動作について説明する。
【００６４】受信器４と、時計５と、軌道計算器６の動作は、従来の測位端末装置あるいは実施の形態１による測位端末装置と同じである。
【００６５】測位計算部７ｂは、従来の測位端末装置における測位計算部７ａと同様に、前記軌道計算器６が出力する前記位置基準局２の位置と、前記受信器４が出力する前記送信時刻と前記時計５が出力する前記受信時刻との差として得られる前記伝播時間の測定値とを入力する。
【００６６】そして前記測位計算部７ｂにおいて、実施の形態１による測位端末装置１における測位・座標変換計算部１５と同様に、あらかじめオフラインで学習されたニューラルネットワーク１６が、前記位置基準局２の位置と前記伝播時間の測定値とを入力し、測位結果を出力する。ただし、実施の形態２では、前述のように、前記ニューラルネットワーク１６が学習した測位計算は、前記測位結果の値が、経度緯度高度座標ではなく、直交座標で表わされたものであるから、前記測位計算部７ａの出力も直交座標で表わされた測位結果となる。
【００６７】最後に、表示器９は、前記測位計算部７ａが出力する直交座標で表わされた測位結果を入力し、これを表示する。特に、実施の形態２による測位端末装置では、この測位結果を他の任意の地点との距離の関係において、表示する際に有効である。たとえば、この実施の形態２では、前記表示器９は、測位結果として得られた測位端末装置の位置から、半径１０キロメートルの範囲を求めて、表示する。
【００６８】実施の形態３．図３は、この発明の実施の形態３、および、次に述べる実施の形態４の運用を示す図である。
【００６９】図３において、２０は、その位置が一定、あるいは、ほぼ一定である位置基準局である。このような位置基準局２０は、たとえば、空中に静止させた飛行船で実現される。
【００７０】図４は、この発明の実施の形態３の構成を示すブロック線図である。
【００７１】図４に示された学習部１７において、２１は、この測位端末装置１が利用される空間を運用領域として出力する運用領域指示器、１８ｂは、前記運用領域指示器２１が出力する前記運用領域を入力し、前記位置基準局２０の位置と経度緯度高度座標で表わされた未知の位置（ｘo ，ｙo ，ｚo ）および端末時計誤差δtとを出力するデータ発生器、８ｂは、前記経度緯度高度座標で表わされた未知の位置を入力し、直交座標に変換して出力する座標変換器、そして、２２は、前記位置基準局２０の位置（ｘi ，ｙi ，ｚi ）と、前記直交座標に変換された未知の位置（ｘo ，ｙo ，ｚo ）と、端末時計誤差δt とを入力し、伝播時間の測定値τi を計算して出力する物理過程計算器である。
【００７２】さらに図４において、２３は、受信器４の出力を入力して位置基準局２０の識別結果を出力する位置基準局識別器、２４は、それぞれの位置基準局２０の位置を記憶しており、問い合わせに応じてその位置を出力する各位置基準局位置記憶器、２５は、前記位置基準局位置読み出し器２３が出力する前記位置基準局２０の識別結果を入力して、その識別結果に対応する位置基準局２０の位置を前記各位置基準局位置記憶器２４に問い合わせて入力し、出力する位置基準局位置読み出し器である。
【００７３】次に動作について説明する。まず、測位に関するオンライン時の動作について説明する。
【００７４】まず、位置が一定、あるいは、ほぼ一定である位置基準局２０は、送信時刻ｔi を記した電波を送信する。さらに、この電波には、前記位置基準局２０を識別するための識別信号が付与されている。この信号は、メッセージであってもよいし、スペクトル拡散の符号であっても実現できる。
【００７５】次に、測位端末装置１において受信器４は、前記位置基準局２が送信した前記電波を受信し、そこに記された前記送信時刻ｔi と前記識別信号を読み出して出力する。
【００７６】前記電波が受信されたのと同時に、あるいは一定時間遅延の後に、時計５は、前記電波の受信時刻ｔo を出力する。ただし、前記時計５には、一般に、端末時刻誤差δt がある。このため、前記受信時刻ｔo には、この端末時刻誤差δt が含まれている。
【００７７】一方、位置基準局識別器２３は、前記受信器４が出力する前記識別信号を入力し、受信した電波がどの位置基準局２０からのものであるか、その識別結果を出力する。
【００７８】また、各位置基準局位置記憶器２４は、それぞれの位置基準局２０の位置を記憶しており、問い合わせに応じてその位置を出力する。
【００７９】そして、位置基準局位置読み出し器２５は、前記位置基準局識別器２３が出力する前記位置基準局２０の識別結果を入力して、其の識別結果に対応する位置基準局２０の位置を前記各位置基準局位置記憶部２４に問い合わせて入力し、前記位置基準局２０の位置を出力する。
【００８０】測位・座標変換計算部１５は、前位置基準局位置読み出し器２５が出力する前記位置基準局２０の位置と、前記受信器４が出力する前記送信時刻ｔi と前記時計５が出力する前記受信時刻ｔo との差として得られる前記伝播時間の測定値τi とを入力する。
【００８１】そして前記測位・座標変換計算部１５において、実施の形態１による測位端末装置１における測位・座標変換計算部１５と同様に、あらかじめオフラインで学習されたニューラルネットワーク１６が、前記位置基準局２０の位置と前記伝播時間の測定値とを入力し、経度緯度高度座標で表わされた測位結果を出力する。
【００８２】最後に、表示器９は、前記測位・座標変換計算部１５が出力する経度緯度高度座標で表わされた測位結果を入力し、これを表示する。
【００８３】次に、前記ニューラルネットワーク１６を学習させるためのオフライン時の動作についてのみ説明する。
【００８４】学習部１７は、オフライン時に、前記ニューラルネットワーク１６をその構成要素とする。前記学習部１７は、前記位置基準局２０の位置の値と前記伝播時間の測定値とに対応する前記測位結果の値との関係を計算し、その関係を関数として前記ニューラルネットワーク１６に学習させる。この点は、の実施の形態１あるいは２による測位端末装置と同じであるが、前記関係を求める方法が、図８に示した物理過程に即した計算に依るものであり、図９に示した逆問題を解く計算ではない点が、の実施の形態１あるいは２による測位端末装置と異なる。
【００８５】前記学習部１７において、まず、運用領域指示器２１は、この測位端末装置１が利用される空間を指定し、運用領域として出力する。このことは、関数の定義域と値域の内、値域を実際にこの測位端末装置１が利用される空間に限って、前記ニューラルネットワーク１６を学習させ、運用上意味の無いデータの学習を避ける意味がある。たとえば、高度マイナス１，０００メートルの位置、つまり地底に、測位端末装置を持って行って測位を行う事はない。また、この運用領域の指定は、地心座標のような直交座標ではなく、人間の解釈や社会システムの運用に適した経度緯度高度座標で与えると考える方が自然であろう。
【００８６】つぎに、データ発生器１８ｂは、前記運用領域指示器２１が出力する運用領域を入力し、この運用領域内の未知の位置（真値）と、前記位置基準局２０の位置、および端末時計誤差とを出力する。すなわち、前記未知の位置（真値）の変域は、数値の組み合わせ全体を覆う必要はなく、上記運用領域の範囲のみを覆えばよい。
【００８７】そして、座標変換器８ｂは、経度緯度高度座標で与えられた前記位置基準局２０の位置（真値）を、前記データ発生器１８ｂから入力し、これを直交座標に変換したものを出力する。
【００８８】物理過程計算器２２は、前記データ発生器１８ｂが出力する前記位置基準局２０の位置（ｘi ，ｙi ，ｚi ）と前記端末時計誤差δt 、および、前記座標変換器８ｂが出力する前記直交座標で表わされた未知の位置（真値）とを入力する。そして、与えられた位置基準局２０から電波が送信され、与えられた未知の位置（真値）でこれを受信し、与えられた端末時計誤差を持つ時計で測定された受信時刻によりこの伝播時間を測定した場合の値を、この実際の物理過程に沿って計算し、伝播時間の測定値として出力する。
【００８９】前記ニューラルネットワーク１６は、前記データ発生器１８ｂが出力する前記位置基準局２０の位置と、前記物理過程計算器２２が出力する伝播時間の測定値とを入力する。そして、前記ニューラルネットワーク１６は、学習のためのオフライン時には、測位結果だけではなく、同時に得られる端末時計誤差の推定値も併せて出力する。
【００９０】調整量計算器１９ｃは、前記データ発生器１８ｂが出力する前記未知の位置（真値）と前記端末時計誤差を入力し、同時に、学習過程にある前記ニューラルネットワーク１６が出力する測位結果と端末時計誤差の推定値とを入力する。そして、これらの学習過程にある前記ニューラルネットワーク１６の出力が、それぞれ、前記データ発生器１８ｂが出力する対応する真値に近づくように前記ニューラルネットワーク１６を調整するための調整量を計算して出力する。
【００９１】前記調整量は、前記ニューラルネットワーク１６に入力される。前記ニューラルネットワーク１６は、前記調整量にしたがってユニット間の結合係数を変化させることにより、次第に、経度緯度高度座標で表わされた正しい測位結果、および、正しい端末時計誤差を出力するようになる。
【００９２】実施の形態４．図５は、この発明の実施の形態４の構成を示すブロック線図である。
【００９３】図４において、２６は、前記位置基準局２０からの電波を受信する受信器４の出力を入力し、前記位置基準局２０の位置を出力する位置基準局位置解読器である。
【００９４】次に動作について説明する。学習のためのオフライン時の動作は実施の形態３と同じであるので、測位に関するオンライン時の動作についてのみ説明する。
【００９５】まず、位置が一定、あるいは、ほぼ一定である位置基準局２０は、送信時刻を記した電波を送信する。さらに、この電波には、前記位置基準局２０の位置を示す位置信号が付与されている。
【００９６】次に、測位端末装置１において受信器４は、前記位置基準局２が送信した前記電波を受信し、そこに記された前記送信時刻と前記位置信号を読み出して出力する。
【００９７】つぎに、位置基準局位置解読器２６は、前記受信器４が出力する前記位置信号を入力し、受信した電波を送信した位置基準局２０の位置を、その位置信号から解読し、出力する。この出力は、測位・座標変換計算部１５の入力となる。
【００９８】前記測位・座標変換計算部１５と表示器９の動作は、実施の形態３と同様である。
【００９９】
【発明の効果】第１の発明によれば、非線形の方程式を逐次近似計算の手間を掛けて解く必要が無いために、時間的あるいはコスト的な負荷を軽減した、測位を行うことができる。
【０１００】第２の発明によれば、従来の測位端末装置が測位を行う方法と同じ計算処理により測位テーブルの値を決定するので、従来の測位端末装置と測位結果が同一になり、状況などにより両者の切り替え運用を行う場合にも、出力の連続性が保証される。
【０１０１】第３の発明によれば、非線形の方程式を解くための逐次近似計算の手間だけでなく、地心座標系と局所測地座標系の問題も加わって、複雑な非線形の計算となる直交座標から経度緯度高度座標系への座標変換の処理の手間における、時間的あるいはコスト的な負荷をも、軽減することができる。
【０１０２】第４の発明によれば、測位端末装置の位置する未知の位置から、任意の位置までの距離計算に適した形式で、測位結果を出力することができるので、たとえば、測位端末装置の位置から半径１０キロメートルの範囲を求める、というような計算に適している。
【０１０３】第５の発明によれば、物理過程に即した計算により測位テーブルを作成するので、逐次近似法に起因する近似誤差が無く、正確な値を得ることができるとともに、逐次近似法の繰り返し計算の手間を省くことができる。さらに、逆問題を解く形式を取らなくとも済むので、物理的にあり得ない入力の組み合わせを扱う必要が無く、必要な入力の組み合わせだけを扱うことができる。
【０１０４】第６の発明によれば、ニューラルネットワークの学習にあたり、測位端末装置の利用者にとって実用上の意味のある入力の組み合わせのみを学習させることができるので、学習に要する時間が短くなるとともに、意味の無いデータの学習により意味のあるデータの学習精度が劣化するのを防ぐことができる。
【０１０５】第７の発明によれば、軌道計算を行う負荷を除くことができ、その計算誤差による測位精度の劣化を防ぐことができる。
【０１０６】第８の発明によれば、各位置基準局がそれぞれの識別信号を電波に付加するだけで、その位置を測位に利用することができるようになる。
【０１０７】第９の発明によれば、位置基準局の位置が真に一定ではない場合にも、逐次その位置を知らせることにより、測位に利用することができるようになる。
【出願人】 【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
【出願日】 平成９年（１９９７）１１月２６日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】宮田 金雄 （外２名）
【公開番号】 特開平１１−１６０４０９
【公開日】 平成１１年（１９９９）６月１８日
【出願番号】 特願平９−３２４０４４