トップ :: G 物理学 :: G01 測定;試験




【発明の名称】 衛星固有の補正を加えるGPS受信機及びこのGPS受信機に設定する補正値を決定するための補正値管理システム
【発明者】 【氏名】舘田 良文

【要約】 【課題】基準側GPS受信機と測位側GPS受信機が疑似雑音符号の位相測定に関して異なる特性を持っている場合であっても、GPS衛星信号の特性の違いによる精度劣化が少ない優れたDGPSシステムが実現できる衛星固有の補正を加えるGPS受信機と、このGPS受信機に設定する補正値を決定するための補正値を管理する補正値管理システムを提供する。

【解決手段】GPS受信機103は、無指向性のアンテナ105と、フィルタ106と、増幅器107と、局部信号発振器108と、この出力信号と衛星信号を混合し中間周波信号を出力する混合器109と、混合器109が出力する中間周波信号をのみを濾波するフィルタ110と、衛星信号に追尾する再生搬送波と再生疑似雑音符号と中間周波信号の相関を求める信号処理部111と、衛星信号が示す衛星時刻の測定と測位計算を行う制御部112と、衛星固有の補正値を保持する記憶部113とから成る。
【特許請求の範囲】
【請求項1】 衛星信号の電波を受けるアンテナと、前記アンテナで受けた信号を前処理する高周波回路と、衛星信号に追尾する再生疑似雑音符号の発生手段と、再生疑似雑音符号を制御して衛星信号が示す衛星時刻を測定する制御手段と、衛星固有の補正値を保持する記憶手段と、基準局よりディファレンシャル補正データを受け取る手段とを設け、同時に複数の衛星の疑似雑音符号を追尾することによって衛星時刻を測定し、追尾しているそれぞれの衛星に対応した補正値を前記記憶手段より読み取り、この読み取った補正値で前記の測定した衛星時刻を補正し、この補正した衛星時刻に対して更に、基準局から受け取ったディファレンシャル補正データで補正して受信機のアンテナ位置を求めることを特徴とする衛星固有の補正を加えるGPS受信機。
【請求項2】 通信路を介して衛星固有の補正値を外部より受信する通信手段を設け、通信路を介して受信した衛星固有の補正値によって、前記衛星固有の補正値を保持する記憶手段の内容を更新できるようにしたことを特徴とする請求項1記載の衛星固有の補正を加えるGPS受信機。
【請求項3】 位置が確定した衛星信号の電波を受けるアンテナと、前記アンテナで受けた信号を前処理する高周波回路と、衛星信号に追尾する再生疑似雑音符号の発生手段と、再生疑似雑音符号を制御して衛星信号が示す衛星時刻を測定する制御手段と、衛星固有の補正値を保持する記憶手段と、ディファレンシャル補正データを通信路に送信する手段とを設け、同時に複数の衛星の疑似雑音符号を追尾することによって衛星時刻を測定し、追尾しているそれぞれの衛星に対応した補正値を前記記憶手段より読み取り、この読み取った補正値で前記の測定した衛星時刻を補正し、衛星時刻を測定した時に衛星が電波を発射した時の衛星位置から前記アンテナまでの伝播時間を求め、求めた伝播時間に前記の補正した衛星時刻を加えたGPSタイムを求め、別に定めるGPSタイムからこの衛星ごとのGPSタイムを減算した値をディファレンシャル補正データとして、前記の通信路に送信する手段によって送出することを特徴とする衛星固有の補正を加えるGPS受信機。
【請求項4】 ディファレンシャル補正データを決定するための衛星時刻を測定する手段と、衛星固有の補正値を保持する記憶手段と、ディファレンシャル補正データを通信路に送信する手段に加え、前記の衛星時刻を測定する手段とは別に、校正用の衛星時刻を測定する手段を設け、この校正用の衛星時刻を測定する手段を、別に定める標準の測定方法による衛星時刻の測定方法とし、ディファレンシャル補正データを決定するための衛星時刻の測定結果と、校正用の衛星時刻測定手段で測定した測定結果を、同じ衛星どうしで比較することによって、ディファレンシャル補正データを決定するための衛星時刻の測定結果が、校正用のための衛星時刻の測定結果に一致するように補正する、前記衛星固有の補正値を求め、これにより前記衛星固有の補正値を保持する記憶手段の内容を更新することを特徴とする請求項3記載の衛星固有の補正を加えるGPS受信機。
【請求項5】 複数の基準局それぞれについて異なる衛星固有の補正値を保持する記憶手段と、複数の基準局よりディファレンシャル補正データを受け取る手段とを設け、衛星の疑似雑音符号を追尾することによって測定した衛星時刻を、追尾しているそれぞれの衛星に対応した補正値で補正する際に、基準局のいづれかよりディファレンシャル補正データを受け取り、この受け取った基準局に対応した、前記記憶手段が保持する衛星固有の補正値を読み出して補正すると共に、この補正した衛星時刻に対して更に、前記受け取ったディファレンシャル補正データで補正して受信機のアンテナ位置を求めることを特徴とする請求項1または請求項2記載の衛星固有の補正を加えるGPS受信機。
【請求項6】 衛星固有の補正値を求める対象としての被校正GPS受信機または被校正受信機と同等の衛星時刻を測定する手段と、別に定める標準の測定方法によって校正用の衛星時刻を測定する手段と、衛星固有の補正値を決定するための補正値管理手段と、前記補正値管理手段で決定した衛星固有の補正値を、前記被校正GPS受信機と同様の特性を持ったGPS受信機に送信する通信手段を設け、単一のアンテナまたは位置を予め測量などで測定したアンテナで受けた衛星信号を、前記被校正受信機と同等の衛星時刻を測定する手段および校正用の衛星時刻を測定する手段の両者で衛星時刻を測定し、同じ衛星について測定した両者の衛星時刻を比較することにより、前記被校正受信機と同等の測定手段で得られた衛星時刻を、校正用の測定手段で得られた衛星時刻と一致するように補正するための前記衛星固有の補正値を決定し、前記通信手段によって前記被校正GPS受信機と同様の特性を持った請求項2、請求項3または請求項5記載の衛星固有の補正を加えるGPS受信機に送信することを特徴とする補正値管理システム。
【請求項7】 複数の被校正GPS受信機または被校正受信機と同等の衛星時刻を測定する手段と、前記複数の被校正GPS受信機それぞれについて個別に衛星固有の補正値を決定する補正値管理手段と、前記補正値管理手段で決定した個別の衛星固有の補正値を、対応する被校正GPS受信機と同様の特性を持ったGPS受信機に送信する通信手段を設け、同じ衛星について測定した衛星時刻が、前記複数の被校正受信機それぞれと校正用の衛星時刻の比較によって衛星固有の補正値を決定し、前記通信手段によって前記被校正GPS受信機と同様の特性を持った請求項2、請求項3または請求項5記載の衛星固有の補正を加えるGPS受信機に対応した衛星固有の補正値を送信することを特徴とする請求項6記載の補正値管理システム。
【請求項8】 前記複数の被校正GPS受信機または被校正受信機と同等の衛星時刻を測定する手段に、ディファレンシャル補正データを送信する基準局で使用しているGPS受信機と同等の特性を持った衛星時刻を測定する手段を含み、前記被校正GPS受信機と同様の特性を持ったGPS受信機に対応した衛星固有の補正値に加えて、前記被校正GPS受信機で利用するディファレンシャル補正データの基準局で使用しているGPS受信機についても衛星固有の補正値を、前記通信手段によって前記被校正GPS受信機に送信することを特徴とする請求項7記載の補正値を管理する補正値管理システム。
【請求項9】 標準の測定方法によって校正用の衛星時刻を測定する手段を設けず、特定の被校正GPS受信機で測定した衛星時刻または、複数の被校正GPS受信機で測定した衛星時刻で定めた衛星時刻を、標準の測定方法に替えて校正用の衛星時刻とすることを特徴とする請求項8記載の補正値管理システム。
【請求項10】 複数の衛星時刻を測定する手段と、衛星固有の補正値を保持する記憶手段と、基準局よりディファレンシャル補正データを受け取る手段と、請求項8または請求項9記載の補正値管理システムなどにより、前記衛星時刻の測定手段で得た衛星時刻を補正する衛星固有の補正値と、前記基準局に対応した衛星固有の補正値を受け取る手段を設け、この衛星時刻を補正する衛星固有の補正値と基準局に対応した衛星固有の補正値を受信して前記記憶手段に保存し、前記衛星時刻の測定手段によって測定した衛星時刻をこの保存した補正値で補正するとともに、基準局より受け取ったディファレンシャル補正データを、基準局に対応した衛星固有の補正値で補正することを特徴とする請求項2または請求項5記載の衛星固有の補正を加えるGPS受信機。
【請求項11】 基準局よりディファレンシャル補正データを受け取る手段と、被校正GPS受信機で測定した衛星時刻と受信したディファレンシャル補正データを保存する手段と、保存したデータを統計処理する手段を設け、被校正GPS受信機で測定した衛星時刻を保存し、所定の時間にわたり保存した衛星時刻と、基準局より受け取ったディファレンシャル補正データを使い、被校正GPS受信機と基準局のGPS受信機間の、衛星信号の違いによる衛星時刻の測定誤差を補正する補正値を、統計的な処理によって求めることを特徴とする請求項6乃至請求項9のいずれかに記載の補正値管理システム。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、測位衛星の信号を受信し位置を測定するGPS(Global Positioning System)受信機、特に異なる位置に複数の受信機を設置し、米国が運用しているNAVSTAR衛星や、ロシア共和国が運用しているGLONASS衛星など、スペクトル拡散信号の位相によって、衛星信号が示す時刻を測定し、複数の受信機の間で測定した時刻を比較して、受信機の間の相対位置を求めるDGPS(Differential GPS)において、衛星信号の違いと受信機の特性の違いに起因する誤差を除去して、精度良く位置を測定するGPS受信機に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、GPS受信機はカーナビゲーションシステムや、船舶の航法装置、航空機の航法装置の位置センサーとして広く利用されている。中でも、DGPSに対応した受信機によって、1m以下の精度で位置が決定できる受信機も実現されている。
【0003】従来、衛星信号の時刻誤差、衛星位置の誤差、電波伝播路における電離層や大気の遅延誤差などの影響が軽減できる“Differential GPS Navigation” PLANSSymposium, December 1980に記載されているDGPSと呼ばれるシステムが知られている。
【0004】図9は、従来のDGPSのシステム構成を示すものであり、図9においてDGPSシステムは、位置を測定するための搬送波周波数が1.57542GHzであるGPS衛星信号を送信しているGPS衛星1と、アンテナの設置位置が既知である基準側GPS受信機2と、位置を測定するための測位側GPS受信機3とから構成されており、基準側GPS受信機2から通信路4を介して測位側GPS受信機3にディファレンシャル補正データを伝送するようにしている。
【0005】図10は、図9の測位側GPS受信機3の構成を説明するブロック図であり、測位側GPS受信機3は、GPS衛星の電波を受ける無指向性のアンテナ5と、衛星信号を濾波する周波数1.57542GHzで帯域幅が30MHzのフィルタ6と、周波数1.57542GHz帯の増幅器7と、1.608156GHzの局部信号を発生する局部発振器8と、この出力信号と衛星信号を混合し中間周波信号を出力する混合器9と、混合器が出力する32.736MHzで帯域幅が8MHzの中間周波信号をのみを濾波するフィルタ10と、衛星信号に追尾する再生搬送波と再生疑似雑音符号と中間周波信号の相関を求める信号処理部11と、信号処理部11を制御して衛星信号が示す衛星時刻の測定と測位計算を行う制御部12とから構成されている。
【0006】以上のように構成された従来のDGPSシステムについて、以下にその動作を説明する。まず、図9に示される複数のGPS衛星1の電波を図10に示される無指向性のアンテナ5で受ける。次に、受けた信号よりフィルタ6で不要な信号を除き、増幅器7で増幅する。さらに、局部発振器8、混合器9及びフィルタ10で構成する周波数変換回路で周波数変換する。
【0007】信号処理部11は、この変換した中間周波信号を入力する。さらに、信号処理部11は衛星ごとに固有の疑似雑音符号を発生する。この疑似雑音符号はC/Aコードと呼ばれ、符号速度が1.023Mbps、符号長1023チップであって、周期は1msecである。さらに信号処理部11は、それぞれの衛星について再生搬送波信号である直交した出力信号I及びQを発生する。さらに信号処理部11は受信している衛星ごとに、発生した再生搬送波信号を疑似雑音符号で変調した信号と、入力した中間周波信号の相関を評価して、評価結果を制御部12に出力する。
【0008】ここで、相関の評価は疑似雑音符号の周期1msecまたはその整数倍を単位で行い、直交した相関評価I及びQを求める。制御部12は、相関評価のQ成分の振幅が小さくなるように信号処理部11の再生搬送波信号を制御することによって、衛星信号の搬送波を追尾する。さらに、信号処理部11は衛星ごとに発生した疑似雑音符号と各衛星信号の疑似雑音符号の間の位相差を測定し、制御部12に出力する。
【0009】制御部12は、衛星ごとに疑似雑音符号の位相差を入力し、この位相差が小さくなるように信号処理部11で発生している疑似雑音符号を制御する。制御部12はこのように、信号処理部11で発生する疑似雑音符号を衛星信号に追尾させることで、衛星信号の疑似雑音符号の位相を測定する。
【0010】さらに、制御部12が入力する相関評価Iは衛星からBPSK変調で送られる50bpsのデータによって正負が反転し、これによって衛星信号のデータを復調する。そして、測定した疑似雑音符号の位相と50bpsのデータのタイミングにより、衛星が電波を発射した時刻である衛星時刻を求める。さらに、予め受け取っている軌道情報によってこの時刻における衛星の位置を求める。
【0011】さらに制御部12は、通信路4を介して基準側GPS受信機2から受け取ったディファレンシャル補正データを使って、この測定した衛星時刻を補正する。そしてこの補正した衛星時刻に、先に求めた衛星の位置からの伝播時間を加えたGPSタイムが受信している全ての衛星についてできるだけ等しくなる位置を求めるという方法で受信機のアンテナ位置を求め、外部へ出力する。
【0012】基準側GPS受信機2は、測位側GPS受信機3と概略同じ構成と動作を行うが、受信機のアンテナ位置は測量などによって決定しており、測定した衛星時刻で受信機のアンテナ位置を計算した時に、測量などによって決定した位置に一致させるための、衛星時刻に対するディファレンシャル補正データを算出して、通信路4に送出する点が異なっている。
【0013】以上に示した従来のDGPSシステムでは、基準側GPS受信機2と測位側GPS受信機3の距離が数百Km以下であれば、衛星信号の時刻誤差、衛星位置の誤差、電波伝播路における電離層や大気の遅延誤差は、基準側と測位側の受信機で同程度の値となるため、ディファレンシャル補正データによって誤差が相殺できるので、測位側GPS受信機3のアンテナ位置が精度良く測定できる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来のDGPSシステムでは、基準側GPS受信機と測位側GPS受信機の間で、発生した疑似雑音符号と各衛星信号の疑似雑音符号の間の位相差を測定する測定方法が異なっていたり、GPS受信機の帯域フィルタの特性が異なっている場合などに、GPS衛星の信号の特性におけるわずかな違いによって、測位側GPS受信機3のアンテナ位置の測定精度が劣化するという問題を有していた。
【0015】本発明は、上記従来の問題を解決するもので、基準側GPS受信機と測位側GPS受信機が疑似雑音符号の位相測定に関して異なる特性を持っている場合であっても、GPS衛星信号の特性の違いによる精度劣化が少ない優れたDGPSシステムが実現できる衛星固有の補正を加えるGPS受信機と、このGPS受信機に設定する補正値を決定するための補正値管理システムを提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するために本発明の衛星固有の補正を加えるGPS受信機は、同時に複数の衛星を再生疑似雑音符号によって追尾することによって衛星時刻を測定する手段と、基準側GPS受信機と測位側GPS受信機が疑似雑音符号の位相測定に関して異なる特性を持っている場合に、この違いを補正するための衛星固有の補正値を保持する記憶手段と、測定した衛星に対応した補正値をこの記憶手段から読み取り、読み取った補正値で測定した衛星時刻を補正する手段を設け、基準側GPS受信機と測位側GPS受信機が疑似雑音符号の位相により衛星時刻を測定する際の測定する衛星による違いを、前記記憶手段に保持する衛星固有の補正値を使って排除するものである。
【0017】本発明は、また衛星固有の補正値を求める対象の被校正GPS受信機と同等の衛星時刻を測定する手段と、別に定める標準の測定方法によって校正用の衛星時刻を測定する手段と、衛星固有の補正値を決定するための補正値管理手段と、衛星固有の補正値を被校正GPS受信機と同様の特性を持ったGPS受信機に送信する手段を設け、被校正GPS受信機と同等の測定手段で測定した衛星時刻と、校正用の測定手段で測定した衛星時刻の比較によって衛星固有の補正値を決定し、通信手段により決定した衛星固有の補正値を、被校正GPS受信機と同様の特性を持った受信機に送信するするものである。
【0018】以上により、基準側GPS受信機と測位側GPS受信機が疑似雑音符号の位相測定に関して異なる特性を持っている場合であっても、衛星信号の特性の違いによる精度劣化が少ない、優れたDGPSシステムが実現できる、衛星固有の補正を加えるGPS受信機および、このGPS受信機に設定する補正値を決定するための補正値を管理する補正値管理システムが得られる。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明は、衛星信号に追尾する再生疑似雑音符号の発生手段と、再生疑似雑音符号を制御して衛星信号が示す衛星時刻を測定する制御手段と、衛星固有の補正値を保持する記憶手段と、基準局よりディファレンシャル補正データを受け取る手段とを設け、同時に複数の衛星の疑似雑音符号を追尾することによって衛星時刻を測定し、追尾しているそれぞれの衛星に対応した補正値を前記の記憶手段より読み取り、この読み取った補正値で前記の測定した衛星時刻を補正し、この補正した衛星時刻に対してさらに、基準局から受け取ったディファレンシャル補正データで補正して受信機のアンテナ位置を求めるようにしたものであり、送信信号の帯域特性に違いがあるGPS衛星を組み合わせて位置を測定する場合に、基準側GPS受信機と測位側GPS受信機の間で特性に違いがある場合であっても、衛星信号の帯域特性の違いによる衛星時刻の測定誤差を測位側GPS受信機で補正できるので、高い精度で位置が測定できるという作用を有する。
【0020】また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の衛星固有の補正を加えるGPS受信機に対して、通信路を介して衛星固有の補正値を外部より受信する通信手段を設け、通信路を介して受信した衛星固有の補正値によって、衛星固有の補正値を保持する記憶手段の内容を更新するので、衛星の更新などにより衛星信号の特性に変化が生じた場合にも、通信路から得た新しい補正値で、常に最新の補正値で補正できるるという作用を有する。
【0021】また、請求項3に記載の発明による衛星固有の補正を加えるGPS受信機は、衛星信号に追尾する再生疑似雑音符号の発生手段と、再生疑似雑音符号を制御して衛星信号が示す衛星時刻を測定する制御手段と、衛星固有の補正値を保持する記憶手段と、ディファレンシャル補正データを通信路に送信する手段とを設け、DGPSシステムの基地局におてい、追尾している衛星に対応した補正値で測定した衛星時刻を補正することによって、衛星時刻を標準のGPS受信機で測定した結果に合わせようにしたものであり、ディファレンシャル補正データは標準のGPS受信機の追尾特性に基いた値となるので、基準側GPS受信機を追尾特性が異なるGPS受信機に変更しても、基準側GPS受信機と測位側GPS受信機の違いにる測位誤差が発しないという作用を有する。
【0022】また、請求項4に記載の発明は、請求項3の構成に加え校正用の衛星時刻を測定する手段を設け、この校正用の衛星時刻を測定する手段が、別に定める標準の測定方法による衛星時刻の測定方法に基いており、ディファレンシャル補正データを決定するための衛星時刻の測定結果が、この校正用の衛星時刻測定手段で測定した測定結果と一致するような、衛星固有の補正値を求め、衛星固有の補正値を保持する記憶手段の内容を更新するようにしたものであり、衛星が更新などによって特性が変化した場合にも、常に適切な衛星固有の補正値に更新するするので、衛星の特性変化の影響を受けない、高い位置の精度のディファレンシャル補正データが得られるという作用を有する。
【0023】また、請求項5に記載の発明は、複数の基準局それぞれについて異なる衛星固有の補正値を保持する記憶手段と、複数の基準局よりディファレンシャル補正データを受け取る手段とを設け、測定した衛星時刻を衛星に対応した補正値で補正する際に、ディファレンシャル補正データを受け取った基準局に対応した、前記の記憶手段が保持する衛星固有の補正値を読み出して補正し、さらにディファレンシャル補正データで補正した衛星時刻で位置を計算するようにしたものであり、利用する複数の基準局が互いに異なる追尾特性のGPS受信機が使用されていても、衛星に対応した補正値を替えて追尾特性の違いを排除するので、基準局で使われているGPS受信機の追尾特性の違いによらず、高い位置の精度が得られるという作用を有する。
【0024】また、請求項6に記載の発明は、被校正GPS受信機または被校正受信機と同等の衛星時刻を測定する手段と、標準の測定方法によって校正用の衛星時刻を測定する手段と、衛星固有の補正値を決定するための補正値管理手段と、補正値管理手段で決定した衛星固有の補正値を、被校正GPS受信機と同様の特性を持ったGPS受信機に送信する通信手段を設け、被校正受信機と同等の衛星時刻を測定する手段で測定した衛星時刻と、校正用の測定手段で得られた衛星時刻が一致するように補正するための衛星固有の補正値を決定し、通信路を介して被校正GPS受信機と同様の特性を持ったGPS受信機に送信するようにしたものであり、衛星が更新などによって特性が変化した場合にも、常に適切な衛星固有の補正値を被校正GPS受信機に送信するので、この補正値を受信する被校正GPS受信機は常に適切な衛星固有の補正値に更新できるので、衛星信号の特性変化の影響を受けない、高い位置の精度が得られるという作用を有する。
【0025】また、請求項7に記載の発明は、複数の被校正GPS受信機または被校正受信機と同等の衛星時刻を測定する手段と、複数の被校正GPS受信機それぞれについて個別の衛星固有の補正値を決定する補正値管理手段と、補正値管理手段で決定した個別の衛星固有の補正値を、対応する被校正GPS受信機と同様の特性を持ったGPS受信機に送信する通信手段を設け、前記複数の被校正受信機それぞれと校正用の衛星時刻の比較によって衛星固有の補正値を決定し、測位側または基準側のGPS受信機に、通信路を介して同様の特性を持った被校正GPS受信機の衛星固有の補正値を送信することよって、多くの種類のGPS受信機について衛星固有の補正値を提供できるようにしたものであり、校正用の衛星時刻を測定する手段や補正値管理手段、通信手段等は複数の被校正GPS受信機に対して共用できるので、少ない装置で多くの種類のGPS受信機について衛星固有の補正値が提供できるという作用を有する。
【0026】また、請求項8に記載の発明は、被校正GPS受信機または被校正受信機と同等の衛星時刻を測定する手段に、ディファレンシャル補正データを送信する基準局で使用しているGPS受信機と同等の特性を持った衛星時刻を測定する手段を含み、GPS受信機に対応した衛星固有の補正値に加えて、被校正GPS受信機で利用するディファレンシャル補正データの基準局で使用しているGPS受信機についても衛星固有の補正値を、通信路を介して被校正GPS受信機に送信することによって、標準の測定方法に基いていない基準局のディファレンシャル補正データを受信した場合に、測位側GPS受信機において受信した、基準局で使用しているGPS受信機の特性に対応した衛星固有の補正値を使って、ディファレンシャル補正データを補正することによって、衛星の特性の違いによって生じるDGPSの測位誤差を排除するようにしたものであり、標準の測定方法に基いていない基準局のディファレンシャル補正データであっても、衛星の特性の違いによって生じるDGPSの測位誤差の影響を受けない、高い位置の精度が得られるという作用を有する。
【0027】また、請求項9に記載の発明は、標準の測定方法によって校正用の衛星時刻を測定する手段を設けないで、特定の被校正GPS受信機で測定した衛星時刻または、複数の被校正GPS受信機で測定した衛星時刻で定めた衛星時刻を、標準の測定方法に替えて校正用の衛星時刻とすることによって、標準の測定方法を規定しないようにしたものであり、標準のGPS受信機を規定しなくても、特定の被校正GPS受信機で測定した衛星時刻または、複数の被校正GPS受信機で測定した衛星時刻で定めた衛星時刻などの校正用の衛星時刻の決定方法によって衛星固有の補正値を決定し、測位側GPS受信機において、測位側GPS受信機と基準局にそれぞれ対応した衛星固有の補正値を受信して、測定した衛星時刻とディファレンシャル補正データを補正するするので、衛星の特性の違いによって生じるDGPSの測位誤差の影響を受けない、高い位置の精度が得られるという作用を有する。
【0028】また、請求項10に記載の発明は、基準局よりディファレンシャル補正データを受け取る手段と、補正値を管理するシステムなどにより、前記衛星時刻の測定手段で得た衛星時刻を補正する衛星固有の補正値と、前記基準局に対応した衛星固有の補正値を受け取る手段を設け、この衛星時刻を補正する衛星固有の補正値と基準局に対応した衛星固有の補正値を受信して、衛星時刻の測定手段によって測定した衛星時刻を、衛星時刻の測定手段に対応した衛星固有の補正値で補正すると共に、、基準局より受け取ったディファレンシャル補正データを、基準局に対応した衛星固有の補正値で補正することによって、衛星の特性の違いによって生じるDGPSの測位誤差の影響を受けない、高い位置の精度が得られるという作用を有する。
【0029】また、請求項11に記載の発明は、基準局よりディファレンシャル補正データを受け取る手段と、被校正GPS受信機で測定した衛星時刻と受信したディファレンシャル補正データを保存する手段と、保存したデータを統計処理する手段を設け、被校正GPS受信機で測定した衛星時刻を保存し、所定の時間にわたり保存した衛星時刻と、基準局より受け取ったディファレンシャル補正データを使って、被校正GPS受信機と基準局のGPS受信機間の、衛星信号の違いによる衛星時刻の測定誤差を補正する補正値を統計的な処理で求めることによって、基準局のGPS受信機に何が使われているかが不明であったり、衛星信号を受信しているアンテナの位置が精度良く求まっていない場合であっても、統計的な処理で衛星時刻の測定誤差を補正する補正値を決定できるようにしたものであり、衛星の特性の違いによって生じるDGPSの測位誤差の影響を受けない、高い位置の精度が得られるという作用を有する。
【0030】以下、本発明の実施の形態について、図1から図8を用いて説明する。
【0031】(第1の実施の形態)図1は、本発明の第1の実施の形態における衛星固有の補正を加えるGPS受信機を使ったDGPSシステムの構成を示すものであって、図1において本発明の実施の形態に係るDGPSシステムは、位置を測定するための搬送波周波数が1.57542GHzであるGPS衛星信号を送信しているGPS衛星101と、アンテナの設置位置が既知である基準側GPS受信機102と、位置を測定するための衛星固有の補正を加える測位側GPS受信機103とから構成されており、基準側GPS受信機102から通信路104を介して測位側GPS受信機103にディファレンシャル補正データを伝送している。本実施形態のDGPSシステムの構成は、基本的には図9の従来例の構成と同様であるが、測位側GPS受信機103の構成が異なっている。
【0032】図2は、図1の衛星固有の補正を加える測位側GPS受信機103の構成を説明するブロック図であり、測位側GPS受信機103は、GPS衛星の電波を受ける無指向性のアンテナ105と、衛星信号を濾波する周波数1.57542GHzで帯域幅が30MHzのフィルタ106と、周波数1.57542GHz帯の増幅器107と、1.608156GHzの局部信号を発生する発振器108と、この出力信号と衛星信号を混合し中間周波信号を出力する混合器109と、混合器109が出力する32.736MHzで帯域幅が8MHzの中間周波信号をのみを濾波するフィルタ110と、衛星信号に追尾する再生搬送波と再生疑似雑音符号と中間周波信号の相関を求める信号処理部111と、信号処理部111を制御して衛星信号が示す衛星時刻の測定と測位計算を行う制御部112と、衛星固有の補正値を保持する記憶部113とから構成されている。本実施形態の測位側GPS受信機103の構成は、基本的には図10の従来例の構成と同様であるが、図10の従来例に比べ衛星固有の補正値を保持する記憶部113を設けている点が異なっている。
【0033】以上のように構成された本発明の第1の実施の形態に係るDGPSシステムと、衛星固有の補正を加える測位側GPS受信機103について、以下にその動作を説明する。
【0034】まず、図1に示す複数のGPS衛星101の電波を図2に示す測位側GPS受信機103の無指向性のアンテナ105で受ける。次に、受けた信号よりフィルタ106で不要な信号を除き、増幅器107で増幅する。さらに、局部発振器108、混合器109及びフィルタ110で構成する周波数変換回路で周波数変換する。このフィルタ106からフィルタ110までを信号を前処理する高周波回路と呼ぶことにする。
【0035】信号処理部111は衛星ごとに固有の疑似雑音符号を発生する。この疑似雑音符号はC/Aコードと呼ばれ、符号速度が1.023Mbps、符号長1023チップであって、周期は1msecである。
【0036】さらに信号処理部111は、それぞれの衛星について再生搬送波信号である直交した出力信号I及びQを発生する。さらに信号処理部111は受信している衛星ごとに、発生した再生搬送波信号を疑似雑音符号で位相変調した信号と、衛星信号を前処理した高周波回路が出力する中間周波信号との相関を評価して、評価結果を制御部112に出力する。ここで、相関の評価は疑似雑音符号の周期1msecまたはその整数倍を単位で行い、直交した相関評価I及びQを求める。
【0037】制御部112は、相関評価のQ成分の振幅が小さくなるように信号処理部111の再生搬送波信号を制御することによって、衛星信号の搬送波を追尾する。さらに、信号処理部111は衛星ごとに発生した疑似雑音符号と各衛星信号の疑似雑音符号の間の位相差を測定し、制御部112に出力する。制御部112は、衛星ごとに疑似雑音符号の位相差を入力し、この位相差が小さくなるように信号処理部111で発生している疑似雑音符号を制御する。制御部112はこのように、信号処理部111で発生する疑似雑音符号を衛星信号に追尾させることで、衛星信号における疑似雑音符号の位相を測定する。
【0038】さらに、制御部112が入力する相関評価Iは衛星からBPSK変調で送られる50bpsのデータによって正負が反転し、これによって衛星信号のデータを復調する。そして、測定した疑似雑音符号の位相と50bpsのデータのタイミングにより、衛星が電波を発射した時刻である衛星時刻を求める。
【0039】さらに制御部112は、記憶部113が保持している補正値の内、受信している衛星に対応した補正値を読み出して、この測定した衛星時刻に補正を加える。さらに、予め受け取っている軌道情報によって、測定した電波を発射した時の衛星位置を求める。
【0040】次に制御部112は、通信路104を介して基準側GPS受信機102から受け取ったディファレンシャル補正データを使って、記憶部113の補正値で補正した衛星時刻に対して補正を加える。さらにこの補正した衛星時刻に、先に求めた衛星の位置からの伝播時間を加えたGPSタイムが受信している全ての衛星についてできるだけ等しくなる位置を求めるという方法で無指向性のアンテナ105の位置を求め、外部へ出力する。
【0041】基準側GPS受信機102は、測位側GPS受信機103と概略同じ構成と動作を行うが、受信機のアンテナ位置は測量などによって決定しており、測定した衛星時刻で受信機のアンテナ位置を計算した時に、測量などによって測定した位置と一致するような、衛星時刻の補正値を算出して、ディファレンシャル補正データとして通信路104に送出する点が異なっている。また基準側GPS受信機102は、衛星固有の補正値を保持する記憶部113を設けておらず、衛星によって決まる補正値で補正することはしない。
【0042】なお、測位側GPS受信機103に設けた記憶部113に保持する衛星固有の補正値は以下の方法で予め書き込んでおく。まず、測位側GPS受信機103の無指向性のアンテナ105を切り離す。そして、基準側GPS受信機102のアンテナ出力を分配器で分配し、基準側GPS受信機のアンテナ入力と、測位側GPS受信機103のアンテナ入力に相当する図2のフィルタ106の入力に接続する。
【0043】さらに、基準側GPS受信機102と測位側GPS受信機103によって同時に、同じ衛星について衛星時刻を測定する。そして、基準側GPS受信機102で得た衛星時刻から測位側GPS受信機103で得た衛星時刻を引き算した値を、その衛星の補正値として測位側GPS受信機103の記憶部113に書き込む。測位に利用する全ての衛星について、以上の方法で記憶部113に書き込む補正値を決定する。基準側GPS受信機102と測位側GPS受信機103の測位タイミングを正確に一致させられない場合は、共に2個以上の衛星を同時に測定し、衛星間の相互の時刻差を測定し、衛星の組み合わせを変えてこの相互の時刻差を比較することで、各衛星の補正値を決定できる。
【0044】基準側GPS受信機102と測位側GPS受信機103は、GPS受信機で発生した疑似雑音符号と受信している衛星信号の疑似雑音符号の間の位相差を測定する方法が同じで、受信信号が通過する全べての帯域フィルタを組み合わせた総合特性が同じであれば、測位側GPS受信機103の記憶部113に書き込む補正値は0となる。
【0045】また、受信する衛星信号が全て同じ帯域特性を持っていれば、基準側GPS受信機102と測位側GPS受信機103の特性にいくぶん違いがあっても、測位側GPS受信機103の記憶部113に書き込む補正値は0となる。
【0046】しかし、1999年1月時点で、基準側GPS受信機102と測位側GPS受信機103の間で測定方法に違いがある受信機を使って米国が運用しているNAVSTAR衛星を測定し、測位側GPS受信機103の記憶部113に書き込む補正値を求めると、衛星毎に再現性のある0でない値となる。従って、1999年1月時点では受信できた衛星信号は、全てが同じ帯域特性ではないと言える。なお、アンテナの周波数帯域幅は十分広い場合を想定して説明したが、アンテナの周波数帯域幅が狭い場合はこの影響も考慮して測定する必要がある。また、測位側GPS受信機103の記憶部113に書き込む補正値は、基準側GPS受信機102と測位側GPS受信機103のアンテナを、測量などによって測定した別の場所に設置して決定することもできる。
【0047】以上のように本発明の第1の実施の形態によれば、従来例の測位側GPS受信機に対して、衛星固有の補正値を保持する記憶手段を設けることによって、送信信号の帯域特性に違いがあるGPS衛星を組み合わせて位置を測定する場合に、基準側GPS受信機と測位側GPS受信機の間で、受信機で発生した疑似雑音符号と受信している衛星信号の疑似雑音符号の間の位相差を、測定方法や帯域フィルタの特性に違いがある場合であっても、衛星信号の帯域特性の違いによる衛星時刻の測定誤差を測位側GPS受信機で補正できるので、高い精度で位置が測定できる点で優れた効果が得られる。
【0048】本実施形態の測位側に衛星固有の補正を加えるGPS受信機を使ったDGPSシステムは、測位側GPS受信機に衛星固有の補正値を保持する記憶手段を設けて、衛星信号の帯域特性の違いによる衛星時刻の測定誤差を補正する手段を設けることにより、測位精度を劣化させることなく、基準側GPS受信機と測位側GPS受信機として衛星時刻の測定に関わる特性が異なる装置が利用できるためその効果は大きい。
【0049】(第2の実施の形態)図3は、本発明の第2の実施の形態に固有の、衛星固有の補正を加える測位側GPS受信機103の構成を説明するブロック図である。図3の構成は、第1の実施形態を示す図2と同様であるが、制御部114が記憶部113に書き込む補正値を外部より入力するための通信機能を備えている点が異なっている。ここに接続する通信路は、一般の公衆網や専用線などの有線または無線回線であってもよいし、コンピュータの通信端子などであってもよく、特に限定しない。
【0050】以上のように構成された衛星固有の補正を加える測位側GPS受信機103について、以下にその動作を説明する。概略の動作は、上記した第1の実施の形態における図2の衛星固有の補正を加える測位側GPS受信機と同様であって、以下にその違いについてのみ動作を説明する。
【0051】第1の実施の形態では記憶部113に保持する衛星固有の補正値は予め書き込んでおくとしていた。これに対し本実施形態の制御部114は、補正値を入力するための通信機能で通信路を介して、外部より衛星固有の補正値を入力して記憶部113に保存する。
【0052】記憶部113に保存している補正値は衛星固有のものであって通常は変更する必要はない。しかし、衛星自身が更新されたり経時変化などで衛星信号の特性が変化した場合に、記憶部113に設定すべき補正値が変化する。また、新しい衛星を利用する場合にも、新たな補正値を記憶部113に保存する必要がある。
【0053】このようなとき、第1の実施の形態と同様な方法で、基準側GPS受信機102と測位側GPS受信機103の間で、特性が変化した衛星信号を受けて新しい補正値を測定する。そして、基準側GPS受信機102と測位側GPS受信機103の組み合わせが同じ型式となっているが、新しい補正値に書き換えていない測位側GPS受信機103に対して、前記通信機能を介して新しい補正値を伝送して記憶部113に保存する。
【0054】以上のように、本発明の第2の実施の形態によれば、衛星信号の特性が変化した場合にも、通信路を介して記憶部113に保存する補正値を入力し、受け取った衛星固有の補正値を記憶部113に保存する手段を設けることによって、別の基準側GPS受信機102と測位側GPS受信機103の間で測定した新しい補正値を、実際に測定することなしに前記通信路より受け取ることができ、送信信号の帯域特性に違いがあるGPS衛星を組み合わせて位置を測定する場合に、基準側GPS受信機と測位側GPS受信機の間で、受信機で発生した疑似雑音符号と受信している衛星信号の疑似雑音符号の間の位相差を、測定方法や帯域フィルタの特性に違いがある場合であっても、衛星信号の特性が変わった場合にも最新の補正値で補正できるので、高い精度で位置が測定できる点で優れた効果が得られる。
【0055】本実施形態の測位側に衛星固有の補正を加えるGPS受信機を使ったDGPSシステムは、通信路を介して衛星固有の補正値を入力する手段を設けることにより、最新の補正値で衛星信号の帯域特性の違いによる衛星時刻の測定誤差を補正できるので、基準側GPS受信機と測位側GPS受信機に衛星時刻の測定に関わる特性が異なる装置を使っても、測位に利用する衛星信号の特性に違いがある場合でも測位精度を劣化させることがないためその効果は大きい。
【0056】(第3の実施の形態)図4は、図1の基準側GPS受信機102に相当する本実施形態固有の基準側GPS受信機122の構成を説明するブロック図である。概略の構成は図1の基準側GPS受信機102と同様であって、以下にその違いについてのみ説明する。
【0057】第1の実施の形態の基準側GPS受信機102では衛星固有の補正値を保持する記憶部113を設けず、衛星によって決まる補正値で補正することはしないとしていたが、本実施形態の基準側GPS受信機122には、衛星固有の補正値を保持する記憶部133を設けている点が異なっている。
【0058】以上のように構成された衛星固有の補正を加える基準側GPS受信機122について、以下にその動作を説明する。概略の動作は、第1の実施の形態の基準側GPS受信機102と同様であるが、本実施形態の基準側GPS受信機122では、測定した衛星時刻に対して、記憶部133が保持している補正値の内、受信している衛星に対応した補正値を加える。さらに、この補正値で補正した時刻を使って、測定した電波を発射した時の衛星位置を求める。
【0059】次に制御部132は、この補正した衛星時刻に対して先に求めた衛星の位置からアンテナ125の位置までの電波伝播時間を加え、これをその衛星によるGPSタイムとする。なお、アンテナ125の位置は予め測量などによって測定しておく。全衛星の平均値、あるいは誤差の少ない衛星、その他の手段で衛星時刻を測定した時の正しいGPSタイムを仮定し、この正しいとしたGPSタイムから各衛星によるGPSタイムをそれぞれ減算した値をディファレンシャル補正データとして通信路104に送出する。
【0060】記憶部133が保持する衛星固有の補正値は以下の方法で予め書き込んでおく。まず、周波数特性や衛星の時刻について測定方法を規定した標準のGPS受信機を決めておく。さらに、記憶部133が保持する衛星固有の補正値を0に初期化しておく。そして、この標準のGPS受信機を基準側GPS受信機と見立て、基準側GPS受信機122を測位側GPS受信機と見立てて、第1の実施の形態と同様の手順で各衛星の補正値を決定する。
【0061】つぎに、この決定した補正値を記憶部133に設定する。記憶部133にこの補正値を設定した状態で、実際に使用する測位側GPS受信機103と基準側GPS受信機122の間で、第1の実施の形態と同様の方法により、測位側GPS受信機103の記憶部113が保持する衛星固有の補正値を決定する。なお、測位側GPS受信機103に設定する衛星固有の補正値は、基準側GPS受信機として前記の標準のGPS受信機を使って決めても構わない。
【0062】以上のように、ある標準のGPS受信機を定めて、これを基に基準側の受信機と測位側GPS受信機について衛星固有の補正値を決定すれば、同じ位置で同時に測定した場合に、測定した衛星時刻の期待値は全て標準のGPS受信機で測定した結果と一致するはずである。したがって、標準のGPS受信機を定め、これを基準に衛星固有の補正値を決定すれば、この衛星固有の補正値を行った受信機同士であれば、疑似雑音符号の間の位相差を測定方法や帯域フィルタの特性に違いがある受信機を組み合わせても、位置の測定精度がよいDGPSシステムが構築できるだけでなく、精度の劣化をきたすことなく特性に違いがある受信機に容易に入れ替えができる点で優れた効果が得られる。
【0063】以上のように本発明の第3の実施の形態によれば、衛星固有の補正を加えるGPS受信機を使ったDGPSシステムにおいて、標準のGPS受信機を規定して衛星固有の補正値を決定することによって、衛星時刻の補正値を決める方法が一意的になるので、基準側GPS受信機であるか測位側GPS受信機であるかによらず、衛星時刻の測定に関わる特性が異なる装置を随時変更しても、他のGPS受信機の補正値を変更することなしに、測位に利用する衛星信号の特性の違いによって測位精度が劣化しないためその効果は大きい。
【0064】(第4の実施の形態)図5は、上記第3の実施の形態と同様のDGPSシステムの構成であるが、本実施形態固有の校正用GPS受信機143を設けている点と、基準側GPS受信機142と校正用GPS受信機143とが相互通信する通信路144を設けている点が異なっている。
【0065】この校正用GPS受信機143は、第3の実施の形態で示した、周波数特性や衛星時刻の測定方法を規定した標準のGPS受信機と同等のものとする。この標準のGPS受信機は、受信機で発生した疑似雑音符号と受信している衛星信号の疑似雑音符号の間の位相差の測定において再現性が優れていれば、引込み、感度、耐加速度、耐マルチパスなどの特性で基準側GPS受信機や測位側GPS受信機などに比べ劣っていても構わない。
【0066】さらに、校正用GPS受信機143は全ての衛星について、基準側GPS受信機142が保持する補正値を更新するための誤差変数En(nは衛星番号)を管理する機能を有している。さらに、基準側GPS受信機142と校正用GPS受信機143のアンテナ位置はそれぞれ測量などで予め測定しておく。
【0067】以下、本実施形態に係るDGPSシステムの動作を説明する。まず、全ての誤差変数Enを0に初期化しておく。そして測定の回数をmで表わすとして、m回目の測定では基準側GPS受信機142と校正用GPS受信機143によって同時に、同じ衛星について衛星時刻を測定する。
【0068】基準側GPS受信機142は、測定した各衛星の衛星時刻に、基準側GPS受信機142のアンテナ位置と衛星の軌道情報で算出した伝播時間を加え、さらに上記した第3の実施の形態と同様に衛星固有の補正値を加えた、各衛星それぞれで決まる現在のGPSタイムを求め、通信路を介して校正用GPS受信機143に送信する。
【0069】校正用GPS受信機143は、測定した各衛星の衛星時刻に、校正用GPS受信機143のアンテナ位置と衛星の軌道情報で算出した伝播時間を加えた、各衛星それぞれで決まる現在のGPSタイムを求める。さらに、校正用GPS受信機143で求めたGPSタイムから、基準側GPS受信機142から通信路144を介して受け取ったデータの内で、同時刻の同じ衛星に対応するGPSタイムを減算する。この減算結果をδnmとして、減算結果をδnmと前回の測定で求めた誤差変数En(m-1)との差に応じて誤差変数を修正してEnmを決定する。
【0070】この関係は、フィルタ関数をFとして、En=F(δn)で表わすことができ、フィルタ関数Fは長い時定数を持った低域通過フィルタとする。測定の回数を重ねた後、誤差変数En全ての平均値EAVを求め、En−EAVを新しい衛星固有の補正値として通信路144を介して基準側GPS受信機142に送信し、基準側GPS受信機142は対応する衛星固有の補正値を更新する。
【0071】基準側GPS受信機142は、さらに測定した各衛星の衛星時刻に、伝播時間と衛星固有の補正値を加えたGPSタイムが、全ての衛星について等しくなるような、衛星時刻の補正値を算出して、ディファレンシャル補正データとして通信路104を介して測位側GPS受信機103に送出する。
【0072】以上のように、DGPSシステムの基準側GPS受信機142に対して校正用GPS受信機143を設け、基準側GPS受信機142の衛星固有の補正値を連続的に校正することによって、基準側GPS受信機142を変更したり衛星が更新されたりした場合であって、基準側GPS受信機142と測位側GPS受信機103が疑似雑音符号の位相を測定する方法や帯域フィルタの特性に違いがある受信機を組み合わせた場合にも、基準側GPS受信機142からは常に位置の精度がよいディファレンシャル補正データを測位側GPS受信機103に送出できる点で優れた効果が得られる。
【0073】以上のように本発明の第4の実施の形態によれば、基準側GPS受信機142に対して校正用GPS受信機143を設け、基準側GPS受信機142の衛星固有の補正値を連続的に校正するので、基準側GPS受信機142に受信感度や耐マルチパス特性等の性能が優れている受信方式の受信機を使用した場合にも、測位側GPS受信機103は精度の良い位置が測定できる。
【0074】(第5の実施の形態)図6は、本発明の第5の実施の形態におけるDGPSシステムの構成を示すものであって、上記した第1の実施の形態の構成と同様であるが、以下にその違いについてのみ説明する。図6において本実施形態のDGPSシステムは、それぞれ特性が異なっている基準側GPS受信機152、155と、測位側GPS受信機153とから構成されている。測位側GPS受信機153には、測位側GPS受信機に設けたディファレンシャル補正データを受信するアンテナ157と、ディファレンシャル補正データを受信する機能158が備えられている。また、通信路154、156を介して特性が異なっている基準側GPS受信機それぞれのディファレンシャル補正データを測位側GPS受信機153に送信するように構成されている。
【0075】以下、本実施形態におけるDGPSシステムの動作を説明する。測位側GPS受信機153は、上記した第1の実施の形態と同様に衛星時刻を求め、測位側GPS受信機153の記憶部が保持している補正値を読み出して、この測定した衛星時刻に補正を加え、さらに衛星に対応したディファレンシャル補正データで補正を加えた衛星時刻に、衛星の位置からの伝播時間を加えたGPSタイムが、受信している全ての衛星についてできるだけ等しくなる位置を求めるという方法でアンテナの位置を求める。しかし、記憶部が保持している補正値の内容と補正値の選択方法が上記した第1の実施の形態とは異なっている。
【0076】以下は、本実施形態固有の動作説明である。測位側GPS受信機153は、アンテナ157で受けた通信路154または通信路156のどちらか一方の信号を、ディファレンシャル補正データを受信する機能158で受信する。さらに、この受信したディファレンシャル補正データを送信した基準側GPS受信機に対応し、なおかつ受信衛星に対応した補正値を測位側GPS受信機153の記憶部から読み出して、前記の測定した衛星時刻に補正を加えるようにしたことを特徴としている。
【0077】以上のように、複数の基準側GPS受信機のディファレンシャル補正データを切り替えて使用するので、第1の実施の形態に比べると高い確率でディファレンシャル補正データを使ったDGPS測位が可能である。加えて測位側GPS受信機153が、複数の基準側GPS受信機ごとに別個の受信衛星に対応した補正値を保持し、利用するディファレンシャル補正データを送信した基準側GPS受信機によって、受信衛星に対応した補正値の組み合わせを選択するので、異なる組織が提供するディファレンシャル補正データを活用し、それらで使用する基準側GPS受信機が異なっていても、基準側GPS受信機の違いによる精度劣化を避けることができ、高い位置精度でDGPS測位が可能である。
【0078】以上のように、本実施形態の測位側GPS受信機は、複数の基準側GPS受信機のディファレンシャル補正データを切り替えて使用し、基準側GPS受信機種類に応じた別個の受信衛星に対応した補正値を保持し、これを選択的に使用するので、異なる組織が提供するディファレンシャル補正データを活用して、より高い信頼性で連続的に、しかも基準側GPS受信機の特性の違いによらず高い位置精度でDGPS測位が可能となる点で優れた効果が得られる。
【0079】(第6の実施の形態)図7は、本発明の第6の実施の形態における補正値を管理する補正値管理システムの構成であって、本実施形態における補正値管理システムは受信衛星に対応した補正値を0とした被校正GPS受信機163と、第3の実施の形態で示した標準のGPS受信機と同様の特性を持つ校正用GPS受信機143と、被校正GPS受信機163に適合した衛星に対応した補正値を決定する補正値管理装置160とから構成されている。
【0080】通信路161、162を介して被校正GPS受信機163と校正用GPS受信機143からそれぞれ補正値管理装置160に各衛星により算出したGPSタイムを伝送している。また、補正値管理装置160は、被校正GPS受信機163で測定した時刻を、校正用GPS受信機143で測定した時刻に一致させるための補正値を、連続的に評価する誤差変数En(nは衛星番号)を管理している。
【0081】以下、本実施形態における補正値を管理する補正値管理システムの動作を説明する。図7において、被校正GPS受信機163と校正用GPS受信機143のアンテナ位置を予め測量などで測定し、誤差変数Enを0に初期化する。そして、被校正GPS受信機163と校正用GPS受信機143で同時に衛星時刻を測定し、それぞれアンテナ位置と衛星の軌道情報で算出した伝播時間をこの衛星時刻に加えて求めた、各衛星それぞれで決まる現在のGPSタイムを、通信路161と通信路162を介して補正値管理装置160に伝送する。
【0082】補正値管理装置160は、同時刻に同じ衛星を測定した、 校正用GPS受信機143のGPSタイムから被校正GPS受信機163のGPSタイムを減算する。第4の実施の形態と同様に、この減算結果を使って誤差変数Enを修正することによって衛星固有の補正値を更新する。補正値管理装置160は、さらにこの更新した衛星固有の補正値を、通信路164を介して送信する。
【0083】以上のように、本実施形態の補正値を管理する補正値管理システムは、被校正GPS受信機で測定した衛星時刻を標準のGPS受信機で測定した衛星時刻に補正する、衛星固有の補正値を常に監視してその結果を通信路164を介して送信するので、被校正GPS受信機163と同じ特性を持った受信機は、記憶部に保存している衛星固有の補正値を、通信路164より最新の値に更新することによって、衛星が更新されて特性が変化した場合であっても、常に標準のGPS受信機で測定した結果と一致するので、第4の実施の形態と同様の基準側GPS受信機からのディファレンシャル補正データを使うことで、GPS受信機の違いによる精度劣化を避けることができ、常に高い位置精度でDGPS測位が可能である。また、基準側のGPS受信機が本実施形態の被校正GPS受信機163と同じ特性を持った受信機であれば、通信路164より最新の衛星固有の補正値を受け取ることにより、第4の実施の形態における標準のGPS受信機を設けること無しに同等の機能と性能が実現できる。
【0084】以上のように、本実施形態の補正値を管理する補正値管理システムは、被校正GPS受信機で測定した衛星時刻を、標準のGPS受信機で測定した衛星時刻に補正する衛星固有の補正値を監視して、その結果を通信路を介して送信するので、衛星時刻の測定について補正値を管理する補正値管理システムに設けた被校正GPS受信機と同じ特性を持ったGPS受信機は、前記通信路から衛星固有の補正値を受信して、この受信した補正値で測定した衛星時刻を補正することにより、衛星信号の特性変化によらず、衛星時刻の測定について常に標準のGPS受信機と同等の精度であって、標準のGPS受信機を超える追尾性能が得られる点で優れた効果が得られる。
【0085】(第7の実施の形態)本発明の第7の実施の形態における補正値を管理する補正値管理システムの構成は、上記した第6の実施の形態の構成と同様であるが、図7の被校正GPS受信機163を複数の種類設けている点と、補正値を他の測位側GPS受信機に伝えるための通信路164が、この補正値を受けるGPS受信機に即した種類の、受信衛星に対応した補正値を受けられる機能を設けている点と、校正用GPS受信機143で測定した時刻に一致させるための補正値を、被校正GPS受信機の種類に応じて個別に全衛星分を管理している点が異なっている。
【0086】以下、本実施形態における補正値を管理する補正値管理システムの動作を説明する。概略の動作は上記第6の実施の形態と同様であって、その違いについてのみ記述する。本実施形態の補正値管理装置は、複数の被校正GPS受信機163から、同時刻に同じ衛星を測定し、各衛星それぞれで決まる現在のGPSタイムを受信し、校正用GPS受信機143で得た各衛星のGPSタイムを減算する。この減算結果を使って、被校正GPS受信機の種類およびその衛星に対応した補正値を更新する。補正値管理装置160は、さらにこの更新した衛星固有の補正値を、被校正GPS受信機の種類を識別できるようにして通信路164を介して送信する。
【0087】以上のように、本実施形態の補正値を管理する補正値管理システムは、複数の被校正GPS受信機で測定した衛星時刻を標準のGPS受信機で測定した衛星時刻に補正するための、衛星固有の補正値を常に監視してその結果を通信路164を介して送信するので、第6の実施の形態に比べ多くの種類の受信機で、記憶部に保存している衛星固有の補正値を最新値に更新することができる。
【0088】従って、用途に応じた様々な特性を持った受信機で共通のDGPSシステムであっても、GPS受信機の違いによる精度劣化を避けることができ、常に高い位置精度で測位が可能である。しかも、被校正GPS受信機の種類を増やし、被校正GPS受信機の種類に応じて各衛星の補正値を管理し、補正値を受けるGPS受信機に即した種類の、受信衛星に対応した補正値を受けられる機能を設けるといった、補正値を管理するシステム部分だけの僅かな追加機能によって実現することができる。
【0089】以上のように、本実施形態の補正値を管理する補正値管理システムは、被校正GPS受信機の種類を増やし、被校正GPS受信機の種類に応じて各衛星の補正値を管理し、補正値を受けるGPS受信機に即した種類の、受信衛星に対応した補正値を提供できる機能を設けるなどの僅かな機能の追加によって、第6の実施の形態に比べ多くの種類の受信機で衛星固有の補正値を最新値に更新でき、様々な特性を持った受信機を取り込んだDGPSシステムであっても、GPS受信機の違いによる精度劣化がなく、常に高い位置精度で測位が可能となる点で優れた効果が得られる。
【0090】(第8の実施の形態)本発明の第8の実施の形態における補正値を管理する補正値管理システムの構成は、上記した第7の実施の形態の構成と同様であるが、図7の被校正GPS受信機163の種類の中に、測位に利用するディファレンシャル補正データを提供している全ての基準局で、基準側GPS受信機として使用されている受信機を揃え、校正用GPS受信機143で測定した時刻に一致させるための補正値を管理している点が異なっている。
【0091】以下、本実施形態における補正値を管理する補正値管理システムの動作を説明する。図7に示す本実施形態の補正値管理装置160は、上記第7の実施の形態と同様に基準局で使われているGPS受信機を含む複数の被校正GPS受信機163について、校正用GPS受信機143とGPSタイムを比較して補正値を更新する。
【0092】補正値管理装置160は、さらにこの更新した衛星固有の補正値を、被校正GPS受信機の種類を識別できるようにして通信路164を介して送信するとともに、ディファレンシャル補正データを提供している各基準局が何れの被校正GPS受信機を使用しているかが識別できるようにする。
【0093】以上のように、本実施形態の補正値を管理する補正値管理システムは、基準局で使われているGPS受信機を含む複数の被校正GPS受信機で測定した衛星時刻を標準のGPS受信機で測定した衛星時刻に補正する、衛星固有の補正値を常に監視してその結果を通信路164を介して送信するので、ディファレンシャル補正データを利用する測位側のGPS受信機において、測位側GPS受信機に合った衛星固有の補正値を更新できるとともに、基準局から提供されるディファレンシャル補正データが標準のGPS受信機に合っていない場合であっても、受け取ったディファレンシャル補正データを提供している基準局が使用しているGPS受信機に対応した衛星固有の補正値を通信路164から受信し、ディファレンシャル補正データから基準局に対応した衛星固有の補正値を減ずることで、GPS受信機の違いによる精度劣化を避けることができ、常に高い位置精度で測位が可能である。
【0094】以上のように、本実施形態の補正値を管理する補正値管理システムは、基準局で使われているGPS受信機を含む複数の被校正GPS受信機で測定した衛星時刻を標準のGPS受信機で測定した衛星時刻に補正する、衛星固有の補正値を常に監視してその結果を通信路164を介して送信することで、ディファレンシャル補正データを利用する測位側のGPS受信機において、基準局から提供されるディファレンシャル補正データが標準のGPS受信機に合っていない場合であっても、基準局が使用しているGPS受信機に対応した衛星固有の補正値を本実施形態の補正値を管理する補正値管理システムから受け取れるので、常に高い位置精度で測位が可能となる点で優れた効果が得られる。
【0095】(第9の実施の形態)本発明の第9の実施の形態における補正値を管理する補正値管理システムの構成は、上記した第8の実施の形態の構成と同様であるが、校正用GPS受信機143を除いている点が異なっている。
【0096】以下、本実施形態における補正値を管理する補正値管理システムの動作を説明する。図7に示す本実施形態の補正値管理装置160は、上記第8の実施の形態と同様に基準局で使われているGPS受信機を含む複数の被校正GPS受信機163について補正値を更新するが、本実施形態では被校正GPS受信機163の内特定の1機種を校正用GPS受信機143に替え、この内特定の1機種で測定したGPSタイムと、その他の被校正GPS受信機を比較して補正値を更新する。
【0097】補正値管理装置160は、さらにこの更新した衛星固有の補正値を、被校正GPS受信機の種類を識別できるようにして通信路164を介して送信するとともに、ディファレンシャル補正データを提供している各基準局が何れの被校正GPS受信機を使用しているかが識別できるようにする。
【0098】以上のように、本実施形態の補正値を管理する補正値管理システムは、基準局で使われているGPS受信機を含む複数の被校正GPS受信機で測定した衛星時刻を特定の被校正GPS受信機で測定した衛星時刻に補正する、衛星固有の補正値を常に監視してその結果を通信路164を介して送信する。ディファレンシャル補正データを利用する測位側のGPS受信機において、測位側GPS受信機は補正値を管理する補正値管理システムで決めた特定の1機種に合った衛星固有の補正値を更新でき、基準局から提供されるディファレンシャル補正データについても、受け取ったディファレンシャル補正データを提供している基準局が使用しているGPS受信機に対応した衛星固有の補正値を通信路164から受信し、ディファレンシャル補正データから基準局に対応した衛星固有の補正値を減ずることで、測位側GPS受信機は補正値を管理する補正値管理システムで決めた同じ機種に合わせられるので、GPS受信機の違いによる精度劣化を避けることができ、常に高い位置精度で測位が可能である。
【0099】以上のように、本実施形態の補正値を管理する補正値管理システムは、基準局で使われているGPS受信機を含む複数の被校正GPS受信機で測定した衛星時刻を特定の被校正GPS受信機で測定した衛星時刻に補正する、衛星固有の補正値を常に監視してその結果を通信路164を介して送信することで、標準のGPS受信機を規定すること無しに、ディファレンシャル補正データを利用する測位側のGPS受信機において、基準局が使用しているGPS受信機に対応した衛星固有の補正値を本実施形態の補正値を管理する補正値管理システムから受け取れるので、常に高い位置精度で測位が可能となる点で優れた効果が得られる。
【0100】(第10の実施の形態)図8は、本発明の第10の実施の形態における補正値を管理する補正値管理システムの構成図であって、上記した第9の実施の形態の構成と同様であるが、補正値管理装置170が上記した第5の実施の形態における測位側GPS受信機と類似の構成を設けている点が異なっており、以下にその違いについてのみ説明する。
【0101】図8において補正値管理装置170は、通信路154、156を介して送信されてくる特性が異なっている基準側GPS受信機それぞれがディファレンシャル補正データをアンテナ171経由で補正値管理装置に設けたディファレンシャル補正データを受信する機能172で受信する。補正値管理装置170は、1台の被校正GPS受信機163に接続され、ディファレンシャル補正データと被校正GPS受信機163が出力する衛星時刻の測定値を記憶装置に保存し統計処理を行う。
【0102】以下、本実施形態における補正値を管理する補正値管理システムの動作を説明する。上記した第9の実施の形態と違って被校正GPS受信機163のアンテナは、位置が不明確であるとする。通信路154と通信路156より提供されるディファレンシャル補正データは、どの様な特性を持ったGPS受信機が使われているかわからないものとする。
【0103】補正値管理装置170は、通信路154と通信路156よりディファレンシャル補正データを、それぞれ受信する機能172より受け取り、基準局、測定した時刻、対応する衛星を区別する識別子と共に記憶装置(図示せず)に保存する。補正値管理装置170は被校正GPS受信機で、1分に一回の割合で同時に測定した衛星時刻を衛星の識別子と共に保存する。1日の間継続して保存したとして、以下ではこの1日分のディファレンシャル補正データと被校正GPS受信機で測定した衛星時刻について行うものとする。
【0104】まず、変数として被校正GPS受信機163のアンテナ位置、被校正GPS受信機163に対応した衛星固有の補正値を、通信路154および通信路156を送信する基準局それぞれに対応して想定する。そして、衛星固有の補正値は全て0に初期化し、被校正GPS受信機163のアンテナ位置は、補正を加えていない被校正GPS受信機で測定した衛星時刻で求めたアンテナ位置の平均値をもって初期値とする。
【0105】次に、通信路154および通信路156のそれぞれについて、各観測時刻ごとに、ディファレンシャル補正データと、その基準局に対応した衛星固有の補正値と、初期化した被校正GPS受信機163に対する衛星固有の補正値を使ってアンテナ位置を計算する。そして、変数として初期化した位置と、各時刻に測定したアンテナ位置との差について分散を計算する。さらに、想定した前記変数をこの分散ができるだけ小さくなるように修正する。ただし、衛星固有の補正値の全平均は0とする条件で修正する。
【0106】以上の処理では、観測結果が変数の数に比べ遥かに多く、観測した衛星の配置が変化することから互いに独立していると云えるので、精度良くアンテナ位置と衛星固有の補正値を決定することができる。
【0107】以上のように、本実施形態の補正値を管理する補正値管理システムは、被校正GPS受信機で測定した衛星時刻を長時間にわたって保存し、統計的な処理によって基準局と被校正GPS受信機に対応した衛星固有の補正値を求めるので、基準局に使用されている受信機が不明な場合、さらには補正値を管理する補正値管理システムにおけるアンテナの位置が十分な精度で測量できない場合であっても、基準局と被校正GPS受信機の間で衛星固有の補正値を精度良く決定できる。
【0108】以上のように、本実施形態の補正値を管理する補正値管理システムは、被校正GPS受信機で測定した衛星時刻を保存し、統計的な処理によって基準局と被校正GPS受信機に対応した衛星固有の補正値を求めることで、基準局に使用されている受信機と補正値を管理する補正値管理システムのアンテナ位置を知らずに、ディファレンシャル補正データを利用する測位側のGPS受信機において、基準局が使用しているGPS受信機に対応した衛星固有の補正値を本実施形態の補正値を管理する補正値管理システムから提供できるので、常に高い位置精度で測位が可能となる点で優れた効果が得られる。
【0109】なお、第4の実施の形態では、校正用GPS受信機143と基準側GPS受信機142のアンテナは、軌道情報の誤差によって、衛星固有の補正値を決定する際の精度が劣化するほどは遠ざけないものとする。また、校正用GPS受信機143は基準側GPS受信機142とは別の場所に設置し、通信路144を介して相互に接続するとしたが、校正用GPS受信機の機能を基準側GPS受信機の内部に設置することもでき、両者のアンテナその他を共用することもできる。
【0110】また、第5の実施の形態では、通信路を介して衛星時刻の測定手段と基準局それぞれについて衛星固有の補正値を受け取り、測定した衛星時刻と受信したディファレンシャル補正データそれぞれを別に補正するとしたが、衛星時刻の測定手段と基準局を組み合わせにした衛星固有の補正値に換算して、一組の衛星固有の補正値として使用したり、通信路を介して衛星時刻の測定手段と基準局を組み合わせにした衛星固有の補正値を受け取るようにすることもできる。
【0111】また、第6の実施の形態では、被校正GPS受信機163と校正用GPS受信機143は個別にアンテナその他を設けるとしているが、両者のアンテナやGPS受信機の機能の内で共通の部分を共用できる。また、GPSタイムを伝送する通信路161と通信路162は、受信機を単一の装置としてまとめ、内部バスで置き換えたり、両者の演算回路を共通化して、処理上の情報交換の機能に置き換えることもできる。なお、アンテナを共通にした場合は、アンテナの位置が不明であっても、被校正GPS受信機と校正用受信機の間で、それぞれ測定した衛星時刻を比較することにより、GPSタイムを介すことなしに、衛星固有の補正値を決定できる。
【0112】また、第6の実施の形態では、特定の被校正GPS受信機で測定した衛星時刻を、標準のGPS受信機に替えて基準にするとしたが、これに限定せず複数のGPS受信機で得られたGPSタイムを平均するなど、他の手段で基準を決めることもできる。
【0113】また、これまでは米国が運用しているNAVSTAR衛星の信号を受信する疑似雑音符号と関連付けて信号の振幅を測定するGPS受信機で構成した例で説明したが、その他のロシア共和国が運用しているGLONASS衛星など、スペクトル拡散信号の位相を測定して、衛星信号が示す時刻を測定して位置を求める受信機についても同様に実施可能である。
【0114】
【発明の効果】以上のように本発明は、衛星信号に追尾する再生疑似雑音符号の発生手段と、再生疑似雑音符号を制御して衛星信号が示す衛星時刻を測定する制御手段と、衛星固有の補正値を保持する記憶手段と、基準局よりディファレンシャル補正データを受け取る手段とを設け、同時に複数の衛星の疑似雑音符号を追尾することによって衛星時刻を測定し、追尾しているそれぞれの衛星に対応した補正値を前記記憶手段より読み取り、この読み取った補正値で前記の測定した衛星時刻を補正し、この補正した衛星時刻に対してさらに、基準局から受け取ったディファレンシャル補正データで補正して受信機のアンテナ位置を求めることにより、信号の帯域特性に違いがあるGPS衛星を組み合わせて位置を測定する場合に、基準側GPS受信機と測位側GPS受信機の間で特性に違いがある場合であっても、衛星信号の帯域特性の違いによる衛星時刻の測定誤差を測位側GPS受信機で補正することによって高い精度で位置が測定できるという効果が得られる。
【出願人】 【識別番号】000005821
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
【出願日】 平成12年1月14日(2000.1.14)
【代理人】 【識別番号】100099254
【弁理士】
【氏名又は名称】役 昌明 (外3名)
【公開番号】 特開2001−194441(P2001−194441A)
【公開日】 平成13年7月19日(2001.7.19)
【出願番号】 特願2000−6515(P2000−6515)