JPH01297400A - 航法装置 - Google Patents
航法装置Info
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- JPH01297400A JPH01297400A JP12900688A JP12900688A JPH01297400A JP H01297400 A JPH01297400 A JP H01297400A JP 12900688 A JP12900688 A JP 12900688A JP 12900688 A JP12900688 A JP 12900688A JP H01297400 A JPH01297400 A JP H01297400A
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- satellite
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、異なった地球周回軌道上の複数の人工衛星
に正確なりロック及びスペクトラム拡散通信の可能な送
信機を搭載することによって、航法支援のための人工衛
星となし、地球表面上、空中、あるいは宇宙空間におい
て、専用の受信機により、信号を受信、処理することに
より、受信機を搭載した利用者の絶対位置、速度を実時
間で決定する航法装置に関するものである。
に正確なりロック及びスペクトラム拡散通信の可能な送
信機を搭載することによって、航法支援のための人工衛
星となし、地球表面上、空中、あるいは宇宙空間におい
て、専用の受信機により、信号を受信、処理することに
より、受信機を搭載した利用者の絶対位置、速度を実時
間で決定する航法装置に関するものである。
第３図、第４図は１例えｉｌＩ’ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ
（ＶＯＬ。
（ＶＯＬ。
２５、ム２． ＳＵＭＭＥＲ，１９７８）に掲載された
米国が一発中の全地球的航法システムであるＧＰＳ（（
３１ｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）
の例にみられるような、地球表面上、空中、あるいは宇
宙空間において、３次元の絶対位置、速度を決定するだ
めの、航法支援用の人工衛星を利用した。航法装置の構
成を示す図であり１図において１１１は地球、（２）は
地球軌道上を周回する航法支援用の人工衛星、（３）は
航法支援用の人工衛星を管理する地上局、（４）は航法
装置である。航法装置（４）は、航法支援用の人工衛星
からの信号を受信するための専用受信機（５）、航法演
算装置１［６１、航法結果表示装置−より構成され、航
法演算装置！ ＋６１は状態量伝播部（７）、ゲイン計
算部（８）。
米国が一発中の全地球的航法システムであるＧＰＳ（（
３１ｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）
の例にみられるような、地球表面上、空中、あるいは宇
宙空間において、３次元の絶対位置、速度を決定するだ
めの、航法支援用の人工衛星を利用した。航法装置の構
成を示す図であり１図において１１１は地球、（２）は
地球軌道上を周回する航法支援用の人工衛星、（３）は
航法支援用の人工衛星を管理する地上局、（４）は航法
装置である。航法装置（４）は、航法支援用の人工衛星
からの信号を受信するための専用受信機（５）、航法演
算装置１［６１、航法結果表示装置−より構成され、航
法演算装置！ ＋６１は状態量伝播部（７）、ゲイン計
算部（８）。
状態量更新部（９）、共分散伝播部αＤ、共分散更新部
＠よシ構成される。
＠よシ構成される。
なお、第３図では航法支援用の人工衛星におけるほかの
装置９例えは航法信号送信機、を源装置。
装置９例えは航法信号送信機、を源装置。
姿勢制御装置、トラッキング及びテレメトリコマンド装
置、ガスジェット装置、あるいは構体などを必要とする
が、この発明の説明のためには直接関係がないので省略
しである。
置、ガスジェット装置、あるいは構体などを必要とする
が、この発明の説明のためには直接関係がないので省略
しである。
次に動作について説明する。この様な装置において、航
法支援用の人工衛星を用いて、この航法装置を装備した
利用者の絶対位置、速度の決定を行うためには、航法支
援用の人工衛星（２）から送出された。航法支援用の人
工衛星の位置、速度を計算するための情報を含む特定コ
ードによりスペクトラム拡散変調された信号を専用受信
機（５）において受信し、その特定コードを予め知るこ
とによりスペクトラム逆拡散を行い、送出された信号を
復調、解読し、解読した情報に基づき計算された各航法
支援用の人工衛星の位置、速度の予測値を。
法支援用の人工衛星を用いて、この航法装置を装備した
利用者の絶対位置、速度の決定を行うためには、航法支
援用の人工衛星（２）から送出された。航法支援用の人
工衛星の位置、速度を計算するための情報を含む特定コ
ードによりスペクトラム拡散変調された信号を専用受信
機（５）において受信し、その特定コードを予め知るこ
とによりスペクトラム逆拡散を行い、送出された信号を
復調、解読し、解読した情報に基づき計算された各航法
支援用の人工衛星の位置、速度の予測値を。
受信した信号の位相、ドブプラーシフ）ｆ測定すること
により得られた。航法支援用の人工衛星と航法装置を搭
載した利用者間の相対距離、相対速度情報と共に、航法
演算装置（６）においてカルマンフィルタを用いて処理
し、利用者の絶対位置、速度を高精度に決定する。
により得られた。航法支援用の人工衛星と航法装置を搭
載した利用者間の相対距離、相対速度情報と共に、航法
演算装置（６）においてカルマンフィルタを用いて処理
し、利用者の絶対位置、速度を高精度に決定する。
航法演算装置（６）では、カルマンフィルタを用いた高
精度な絶対位置、速度の決定を行うために。
精度な絶対位置、速度の決定を行うために。
各時点における利用者の位置、速度を状態量伝播部（７
）にて利用者のダイナミクスモデルを用いることにより
計算すると共に、各時点で計算された利用者位置、速度
の決定精度を示す指標である共分散を共分散伝播部Ｏυ
にて同時に計算し、計算された共分散に基づき、状態量
及び共分散の更新を行うために必要となるカルマンゲイ
ンをゲイン計算部（８）にて定期的に計算し、その結果
に基づき、状態量更新部（９）、共分散更新部α２にお
いて、専用受信機（５）より得られた。各航法支援用の
人工衛星の位置、速度の予測値、及び航法支援用の人工
衛星と航法装置を搭載した利用者との間の相対距離。
）にて利用者のダイナミクスモデルを用いることにより
計算すると共に、各時点で計算された利用者位置、速度
の決定精度を示す指標である共分散を共分散伝播部Ｏυ
にて同時に計算し、計算された共分散に基づき、状態量
及び共分散の更新を行うために必要となるカルマンゲイ
ンをゲイン計算部（８）にて定期的に計算し、その結果
に基づき、状態量更新部（９）、共分散更新部α２にお
いて、専用受信機（５）より得られた。各航法支援用の
人工衛星の位置、速度の予測値、及び航法支援用の人工
衛星と航法装置を搭載した利用者との間の相対距離。
相対速度情報を用い、状態量伝播部（７）、共分散伝播
部０υにて計算された利用者位置、速度の伝播誤差及び
その時の共分散値の修正を行う。
部０υにて計算された利用者位置、速度の伝播誤差及び
その時の共分散値の修正を行う。
従来の航法装置は以上のように構成されているので、航
法装置内においてカルマンフィルタを用いた高精度な絶
対位置、速度の決定を行うために。
法装置内においてカルマンフィルタを用いた高精度な絶
対位置、速度の決定を行うために。
利用者のダイナミクスに基づき位置、速度の伝播を行う
と共に、共分散も合わせて伝播する必要がある他、定期
的に共分散の値に基つき力ルマンフィルタのゲインを計
算し９位置、速度の伝播誤差の修正に加え、共分散値自
体の修正を行うことが必要であり、他の処理を圧迫する
可能性や実時間処理が不可能となる場合があるなどの課
題があった。
と共に、共分散も合わせて伝播する必要がある他、定期
的に共分散の値に基つき力ルマンフィルタのゲインを計
算し９位置、速度の伝播誤差の修正に加え、共分散値自
体の修正を行うことが必要であり、他の処理を圧迫する
可能性や実時間処理が不可能となる場合があるなどの課
題があった。
また、使用する計算機の能力によっては、カルマンフィ
ルタの適用自体が不可能となる場合があるなどの課題が
めった。
ルタの適用自体が不可能となる場合があるなどの課題が
めった。
この発明は、上記のような課題を解消するためになされ
たもので、航法演算に要する計算負荷を軽減し、利用者
の高精度な位置、速度情報を、実時間処理により取得す
ることの出来る装置を得ることを目的とする。
たもので、航法演算に要する計算負荷を軽減し、利用者
の高精度な位置、速度情報を、実時間処理により取得す
ることの出来る装置を得ることを目的とする。
この発明に係る航法装置ｔは、カルマンフィルタをその
ままの形で使用し、共分散の伝播、伝播された共分散に
基つく伝播誤差修正用のカルマンゲインの計算、その結
果に基つく共分散の更新を行う代わりに、航法に使用す
る４個の航法支援用の人工衛星と利用者との間の幾何学
的関係から航法精度の指標となるパラメータであるＧＤ
ＯＰ、 Ｖｍａｘの値を計算し、その値が各時点におい
てカルマンフィルタにより計算された共分散値の変化の
関数であることを利用し、上記パラメータの値の変化に
応じ、航法演算装置内のゲイン計算部において伝播誤差
修正用のゲインを決定し、状態量更新部においてカルマ
ンフィルタ型の情報処理機構を用い、利用者絶対位置、
速度の伝播誤差の修正を行おうとしたものである。
ままの形で使用し、共分散の伝播、伝播された共分散に
基つく伝播誤差修正用のカルマンゲインの計算、その結
果に基つく共分散の更新を行う代わりに、航法に使用す
る４個の航法支援用の人工衛星と利用者との間の幾何学
的関係から航法精度の指標となるパラメータであるＧＤ
ＯＰ、 Ｖｍａｘの値を計算し、その値が各時点におい
てカルマンフィルタにより計算された共分散値の変化の
関数であることを利用し、上記パラメータの値の変化に
応じ、航法演算装置内のゲイン計算部において伝播誤差
修正用のゲインを決定し、状態量更新部においてカルマ
ンフィルタ型の情報処理機構を用い、利用者絶対位置、
速度の伝播誤差の修正を行おうとしたものである。
この発明における航法装置は、専用受信機により航法支
援のための人工衛星からの信号を受信し。
援のための人工衛星からの信号を受信し。
その内容を復調、解読することにより求めた。航法支援
用の人工衛星の位置及び航法演算装置により求めた利用
者位置情報を基に、航法支援用の人工衛星の配置と利用
者との幾何学的関係と航法精度との関係を表すパラメー
タを計算し、最良の航法精度をもたらす観測可能な４衛
星を選択すると共に、ゲイン計算部において上記パラメ
ータの値に基つき決定した伝播誤差修正用のゲインを用
い。
用の人工衛星の位置及び航法演算装置により求めた利用
者位置情報を基に、航法支援用の人工衛星の配置と利用
者との幾何学的関係と航法精度との関係を表すパラメー
タを計算し、最良の航法精度をもたらす観測可能な４衛
星を選択すると共に、ゲイン計算部において上記パラメ
ータの値に基つき決定した伝播誤差修正用のゲインを用
い。
状態量伝播部にて利用者のグイナミクスモデルにより計
算された利用者の位置、速度の伝播誤差を。
算された利用者の位置、速度の伝播誤差を。
専用受信機により測定した９選択した４衛星と利用者間
の相対距離、速度情報を基に、カルマンフィルタ型の情
報処理機構を用いることによυ修正するものであるから
、従来のカルマンフィルタの計算に必要とされた。共分
散の伝播、更新、共分散に基づいたゲイン計算等を行う
事なく、利用者の位置、速度を高精度で実時間処理によ
り求めることが可能となる。
の相対距離、速度情報を基に、カルマンフィルタ型の情
報処理機構を用いることによυ修正するものであるから
、従来のカルマンフィルタの計算に必要とされた。共分
散の伝播、更新、共分散に基づいたゲイン計算等を行う
事なく、利用者の位置、速度を高精度で実時間処理によ
り求めることが可能となる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図、第２図において、（１）は地球、（２）は地球軌道
上を周回し、常時、特定コードによりスペクトラム拡散
変調された。自機の位置、速度を予混１１．計算するた
めの情報を含んだ、絶対距離、速度を測定するための信
号を送出する航法支援用の人工衛星、（３）は航法支援
用の人工衛星を監視すると共に、航法支援用の人工衛星
より利用者に送出される信号中に含まれる。航法支援用
の人工衛星の位置、速度を計算するための情報を定期的
に各航法支援用衛星に対しアップロードする役割を持つ
地上局、（４）は利用者の装備すべき航法装置であり、
専用受信機（５）、航法演算装置（６）、航法結果表示
装置ααから構成される。
図、第２図において、（１）は地球、（２）は地球軌道
上を周回し、常時、特定コードによりスペクトラム拡散
変調された。自機の位置、速度を予混１１．計算するた
めの情報を含んだ、絶対距離、速度を測定するための信
号を送出する航法支援用の人工衛星、（３）は航法支援
用の人工衛星を監視すると共に、航法支援用の人工衛星
より利用者に送出される信号中に含まれる。航法支援用
の人工衛星の位置、速度を計算するための情報を定期的
に各航法支援用衛星に対しアップロードする役割を持つ
地上局、（４）は利用者の装備すべき航法装置であり、
専用受信機（５）、航法演算装置（６）、航法結果表示
装置ααから構成される。
（５）は航法支援用の人工衛星からの信号を受信し。
スペクトラム逆拡散を行うことにより信号を復調し、オ
（ｊ用者と航法支援用の人工衛星との間の相対距離、相
対速度を測定すると共に、信号中に含まれる航法支援用
の人工衛星の位置、速度計算用の情報を解読するだめの
専用受信機、（６）は利用者の絶対位置、速度を決定す
るための航法演算装置であり、利用者のダイナミクスモ
テルに基づき、利用者の位置、速度の計算を行う状態量
伝播部（７）。
（ｊ用者と航法支援用の人工衛星との間の相対距離、相
対速度を測定すると共に、信号中に含まれる航法支援用
の人工衛星の位置、速度計算用の情報を解読するだめの
専用受信機、（６）は利用者の絶対位置、速度を決定す
るための航法演算装置であり、利用者のダイナミクスモ
テルに基づき、利用者の位置、速度の計算を行う状態量
伝播部（７）。
利用者と航法支援用の人工衛星との幾何学的な関係を示
すパラメータを計算し、その値に基づいて位置、速度の
伝播誤差修正用のゲインを計算するゲイン計算部（８）
、その結果を基にカルマンフィルタ型の誤差修正機構に
より状態量伝播部（７）において計算された位置、速度
伝播誤差を修正する状態量更新部（９）より構成される
。
すパラメータを計算し、その値に基づいて位置、速度の
伝播誤差修正用のゲインを計算するゲイン計算部（８）
、その結果を基にカルマンフィルタ型の誤差修正機構に
より状態量伝播部（７）において計算された位置、速度
伝播誤差を修正する状態量更新部（９）より構成される
。
また、 （ＩＱＩは上記処理により得られた１選択され
た航法支援用の人工衛星の種類、その数や利用者の絶対
位置、速度などの航法演算結果を表示するための航法結
果表示装置である。
た航法支援用の人工衛星の種類、その数や利用者の絶対
位置、速度などの航法演算結果を表示するための航法結
果表示装置である。
また、第１図では航法支援用の人工衛星を構成する他の
装置９例えば航法用の専用の送信機、電源装置、姿勢制
御装置、トラッキング及びテレメトリコマンド装置、ガ
スジェット装置、あるいは構体などを必要とするが、こ
の発明の説明のためには直接関係がないので省略しであ
る。
装置９例えば航法用の専用の送信機、電源装置、姿勢制
御装置、トラッキング及びテレメトリコマンド装置、ガ
スジェット装置、あるいは構体などを必要とするが、こ
の発明の説明のためには直接関係がないので省略しであ
る。
（４）の航法装置においては、専用受信機（５）により
受信した航法支援用の人工衛星（２）からのスペクトラ
ム拡散変調された信号を復調し、信号の位相。
受信した航法支援用の人工衛星（２）からのスペクトラ
ム拡散変調された信号を復調し、信号の位相。
ドツプラーシフトを計測することにより、航法支援用の
人工衛星（２）と航法装置（４）を搭載した利用者との
間の相対距離、相対速度を測定すると共に。
人工衛星（２）と航法装置（４）を搭載した利用者との
間の相対距離、相対速度を測定すると共に。
信号中に含まれる航法支援用の人工衛星の位置。
速度計算用の情報を解読し、その結果を用いて。
測定時の航法支援用の人工衛星の位置、速度を計算する
。測定された相対距離、相対速度は次式のように表され
る。
。測定された相対距離、相対速度は次式のように表され
る。
相対距離−（Ｘｓ−Ｘ）”＋（Ｙｓ−Ｙ）”＋（Ｚｓ−
Ｚ）”＋ｂ＋νｉ ・ｆｉｔ・・・（２） ただし。
Ｚ）”＋ｂ＋νｉ ・ｆｉｔ・・・（２） ただし。
（Ｘｓ、 Ｙｓ、 Ｚｓ） 航法支援用の人工衛星の
位置（Ｖｘｓ、 Ｖｙｓ、 Ｖｚｓ）航法支援用の人工
衛星の速度（Ｘ、 Ｙ、 Ｚ） 利用者の位置（■
＾Ｖｙ、 Ｖｚ） 利用者の速度ｂ 利用者ク
ロックバイアス誤差ｎ 利用者クロックドリフト誤
差 相対距離測定時のランダム誤差 相対速度測定時のランダム誤差 である。
位置（Ｖｘｓ、 Ｖｙｓ、 Ｖｚｓ）航法支援用の人工
衛星の速度（Ｘ、 Ｙ、 Ｚ） 利用者の位置（■
＾Ｖｙ、 Ｖｚ） 利用者の速度ｂ 利用者ク
ロックバイアス誤差ｎ 利用者クロックドリフト誤
差 相対距離測定時のランダム誤差 相対速度測定時のランダム誤差 である。
航法支援用の人工衛星と利用者間の距離は、航法支援用
の人工衛星のクロックによυ与えられる信号送信時刻と
、利用者の専用受信機のクロックによって与えられる信
号送信時刻と、利用者の専用受信機のクロックによって
与えられる信号受信時刻の差により決定されるため、航
法支援用の人工衛星及び利用者の専用受信機のクロック
誤差も１１＋、＋２１式に示すように相対距離、相対速
度測定誤差の一要因となる。
の人工衛星のクロックによυ与えられる信号送信時刻と
、利用者の専用受信機のクロックによって与えられる信
号送信時刻と、利用者の専用受信機のクロックによって
与えられる信号受信時刻の差により決定されるため、航
法支援用の人工衛星及び利用者の専用受信機のクロック
誤差も１１＋、＋２１式に示すように相対距離、相対速
度測定誤差の一要因となる。
そのため、この人工衛星を用いた航法システムにより位
置、速度の決定を高精度に行うためには。
置、速度の決定を高精度に行うためには。
利用者のクロック誤差も合わせて推定することが必要と
なり、そのために４個の航法支援用の人工衛星を使用す
ることが必要となる。
なり、そのために４個の航法支援用の人工衛星を使用す
ることが必要となる。
このとき、最良の航法結果を与える４個の航法支援用の
人工衛星を選択するために、航法演算装置（６）内の状
態量伝播部（７）において計算された現時点の利用者位
置及び受信信号中に含まれる情報を基に専用受信機（５
）にて計算した航法支援用の人工衛星位置を用い、利用
者より観測可能な航法支援用の人工衛星（２）を選択し
、その中からＧＤＯＰ、 あるいはＧＤＯＰと反比例の
関係にある航法支援用の４個の人工衛星とオＵ用者の作
る四面体の体積を。
人工衛星を選択するために、航法演算装置（６）内の状
態量伝播部（７）において計算された現時点の利用者位
置及び受信信号中に含まれる情報を基に専用受信機（５
）にて計算した航法支援用の人工衛星位置を用い、利用
者より観測可能な航法支援用の人工衛星（２）を選択し
、その中からＧＤＯＰ、 あるいはＧＤＯＰと反比例の
関係にある航法支援用の４個の人工衛星とオＵ用者の作
る四面体の体積を。
最適な４個の衛星を選択するための評価基準としてオリ
用する。
用する。
（］ＤＯＰは山式で与えられる４衛星と利用者との間の
相対距離情報より、最小自乗法により利用者位置、クロ
ック誤差を推定したときの推定誤差の共分散ヲ示ｆ４ノ
テ６ リ、 ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ（ＶＯＬ、２５゜ム
２． ＳＵＭＭＥＲ，１９７８）によると、利用者位置
から航法支援用の衛星位置に向かう単位ベクトルをそれ
ぞれ、 ｅ；（ｉ＝１．４）とすると２次式により表わ
すことが出来る。
相対距離情報より、最小自乗法により利用者位置、クロ
ック誤差を推定したときの推定誤差の共分散ヲ示ｆ４ノ
テ６ リ、 ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ（ＶＯＬ、２５゜ム
２． ＳＵＭＭＥＲ，１９７８）によると、利用者位置
から航法支援用の衛星位置に向かう単位ベクトルをそれ
ぞれ、 ｅ；（ｉ＝１．４）とすると２次式により表わ
すことが出来る。
ＧＤＯＰ ＝ ５７；ア；７；Ｗ・・・・・・（３）こ
こで、 ６ｘｘ”、 ６ｙｙ２．６ｚｚ２は航法支援用
の衛星と利用者間の幾何学的配置による利用者位置の推
定誤差共分散ｋｎ ６ｔｔ”はクロック誤差の推定誤差
共分散を示している。
こで、 ６ｘｘ”、 ６ｙｙ２．６ｚｚ２は航法支援用
の衛星と利用者間の幾何学的配置による利用者位置の推
定誤差共分散ｋｎ ６ｔｔ”はクロック誤差の推定誤差
共分散を示している。
また （Ｉｔは行列Ｇの転置行列を、ｏ−１は行列Ｇの
逆行列を示す。
逆行列を示す。
従って、最良の航法精度を与える航法支援用の衛星の組
合せは、（ＩＤＯＰの値が最小になる組合せとなる。し
かし、 （３１，（４１，（５１式より判るようにＧ
ＤＯＰの計算は面倒である。
合せは、（ＩＤＯＰの値が最小になる組合せとなる。し
かし、 （３１，（４１，（５１式より判るようにＧ
ＤＯＰの計算は面倒である。
ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ（ＶＯＬ、２５． Ａ２． ＳＵ
ＭＩＩＲ，１９７８）によれば、利用者から航法支援用
の人工衛星までの単位ベクトルｅＨ（ｉ−１，４）の頂
点を結んで作られる４面体の体積■と、ＧＤＯＰとの間
には。
ＭＩＩＲ，１９７８）によれば、利用者から航法支援用
の人工衛星までの単位ベクトルｅＨ（ｉ−１，４）の頂
点を結んで作られる４面体の体積■と、ＧＤＯＰとの間
には。
ＧＤＯＰ・１／Ｖ・・・・・・・・・・・・・ （６）
の関係がある。ここで、〜は比例関係を表す記号である
。
の関係がある。ここで、〜は比例関係を表す記号である
。
従って、上記体積が最大値Ｖｍａｘ ｋとる４個の航法
支援用の人工衛星を選択することによっても。
支援用の人工衛星を選択することによっても。
最良の航法精度を与える航法支援用の衛星の組合せを決
定することが出来る。
定することが出来る。
ところで１通常のカルマンフィルタの処理は次式に従っ
て行われる。
て行われる。
状態量、共分散の伝播
ｘ ＝ ｆ （ｘ）・・・・・・・・・・・・・・・・
（７）会＝ＦＰ＋ＰＦｔ＋Ｑ・・・・・・・・・・・
・ （８）カルマンゲインの計算 Ｋ ・ＰＨｔ（ＨＰＨｔ＋ Ｒ）・’ ・・・・・・
・・・・ ＋９１状態量、共分散の更新 Ｘ＋＝ＸＬ＋Ｋ（Ｚ・ｈ（Ｘｊ）・・・・・・・・・
叫Ｐ＋＝（Ｉ・ＫＨ）Ｐ・・・・・・・・・・・ １１
１ここで、十の記号は更新後を、−の記号は更新前を表
す。
（７）会＝ＦＰ＋ＰＦｔ＋Ｑ・・・・・・・・・・・
・ （８）カルマンゲインの計算 Ｋ ・ＰＨｔ（ＨＰＨｔ＋ Ｒ）・’ ・・・・・・
・・・・ ＋９１状態量、共分散の更新 Ｘ＋＝ＸＬ＋Ｋ（Ｚ・ｈ（Ｘｊ）・・・・・・・・・
叫Ｐ＋＝（Ｉ・ＫＨ）Ｐ・・・・・・・・・・・ １１
１ここで、十の記号は更新後を、−の記号は更新前を表
す。
また。
Ｘ 推定状態量（位置、速度、クロックバイアス。
クロブクドリフト）
ｆ （ｘ）利用者のダイナミクスモデルＰ 状態量誤差
共分散 ２ 観測値（航法支援用の人工衛星と利用者との間の相
対距離、相対速度） ｈ（ｘ）推定状態量を用いた観測値予測値Ｑ プロセス
ノイズ Ｒ観測誤差行列 Ｋ カルマンゲイン行列 ■ 単位行列 ここで、 ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ（ＶＯＬ、 ２５．
Ａ ２． ＳＵＭＭＥＲ。
共分散 ２ 観測値（航法支援用の人工衛星と利用者との間の相
対距離、相対速度） ｈ（ｘ）推定状態量を用いた観測値予測値Ｑ プロセス
ノイズ Ｒ観測誤差行列 Ｋ カルマンゲイン行列 ■ 単位行列 ここで、 ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ（ＶＯＬ、 ２５．
Ａ ２． ＳＵＭＭＥＲ。
１９７８）によると、 ＧＤＯＰ、 Ｖｍａｘの値Ｕ、
＋３１．（６）式より明らかなように９選択した４
個の航法支援用の人工衛星を使用したときに最小自乗法
により得られる。各時点における航法精度誤差共分散の
関数である。この性質を利用し２通常のカルマンフィル
タのように（８）式により共分散を伝播し、その結果に
基つき（９）式により伝播誤差修正用のゲインを計算す
る代わりに、上記パラメータを利用し、ゲイン計算部（
８）においてＧＤＯＰ、Ｓるいｉ！ Ｖｍａｘの値に基
づき次式によりカルマンゲインを近似的に決定する。
＋３１．（６）式より明らかなように９選択した４
個の航法支援用の人工衛星を使用したときに最小自乗法
により得られる。各時点における航法精度誤差共分散の
関数である。この性質を利用し２通常のカルマンフィル
タのように（８）式により共分散を伝播し、その結果に
基つき（９）式により伝播誤差修正用のゲインを計算す
る代わりに、上記パラメータを利用し、ゲイン計算部（
８）においてＧＤＯＰ、Ｓるいｉ！ Ｖｍａｘの値に基
づき次式によりカルマンゲインを近似的に決定する。
Ｋ・Ｆｌ（ＧＤＯＰ）Ｈｔ（ＨＦ、（ＧＤＯＰ）Ｈ’＋
Ｒ）・’ ・・・ Ｏ力に＝Ｆ２（Ｖｍａｘ）Ｈｔ（
ＨＦ２（Ｖｍａｘ）Ｈ’＋Ｒ）・’ ・・・ Ｑ３１
ここで、 ＦＢ （ＧＤＯＰ ）、 ｐ２（Ｖｍａｘ）
は状態量誤差共分散行列Ｐ ’ｉ ＧＤＯＰ及びＶｍ
ａｘの関数として近似的に表現することにより得られる
ゲイン行列である。
Ｒ）・’ ・・・ Ｏ力に＝Ｆ２（Ｖｍａｘ）Ｈｔ（
ＨＦ２（Ｖｍａｘ）Ｈ’＋Ｒ）・’ ・・・ Ｑ３１
ここで、 ＦＢ （ＧＤＯＰ ）、 ｐ２（Ｖｍａｘ）
は状態量誤差共分散行列Ｐ ’ｉ ＧＤＯＰ及びＶｍ
ａｘの関数として近似的に表現することにより得られる
ゲイン行列である。
Ｑ２１．（１３１式で表わされたゲインを用い、状態量
伝播部（９）において利用者のダイナミクスモデルを用
いて（７）式により計算された利用者の位置、速度の誤
差を、状態量更新部（９）において叫式のカルマンフィ
ルタ型の誤差修正機構を用いて修正する。
伝播部（９）において利用者のダイナミクスモデルを用
いて（７）式により計算された利用者の位置、速度の誤
差を、状態量更新部（９）において叫式のカルマンフィ
ルタ型の誤差修正機構を用いて修正する。
この結果、（７）弐〜αυ式で表わされる通常のカルマ
ンフィルタの処理に代わり、 １７１．１ｕ１１． （
ＩＺ、 （１３）式のみを用いることにより、利用者の
絶対位置、速度を決定することが出来、従来のカルマン
フィルタの計算に必要とされた。（８）式の共分散の伝
播、 （１１１式の共分散の更新、（９）式の共分散に
基ついたゲイン計算を省略することが出来る。
ンフィルタの処理に代わり、 １７１．１ｕ１１． （
ＩＺ、 （１３）式のみを用いることにより、利用者の
絶対位置、速度を決定することが出来、従来のカルマン
フィルタの計算に必要とされた。（８）式の共分散の伝
播、 （１１１式の共分散の更新、（９）式の共分散に
基ついたゲイン計算を省略することが出来る。
さらに、ここでは誤差修正用のゲインを計算するために
、定期的に利用者と航法支援用の人工衛星との間の幾何
学的関係と航法精度との関係を示すパラメータを機上で
計算する場合について説明したが、これは、利用者の飛
行経路が予め明らかになっている場合には、事前にその
１１を計算し。
、定期的に利用者と航法支援用の人工衛星との間の幾何
学的関係と航法精度との関係を示すパラメータを機上で
計算する場合について説明したが、これは、利用者の飛
行経路が予め明らかになっている場合には、事前にその
１１を計算し。
計算結果に基づき伝播誤差修正用のゲインを予め決定し
ておくことを妨げるものではなく１本実施例に比べ一層
の計算速度の高速化、計算負荷の低減化、計算アルゴリ
ズムの低減化を図ることが出来る。
ておくことを妨げるものではなく１本実施例に比べ一層
の計算速度の高速化、計算負荷の低減化、計算アルゴリ
ズムの低減化を図ることが出来る。
以上のようにこの発明に係わる航法装置は、カルマンフ
ィルタを用いた従来の航法演算装置も計算負荷の多い、
共分散の伝播、更新、共分散に基づいたゲイン計Ｕ部分
を省くことが出来るため。
ィルタを用いた従来の航法演算装置も計算負荷の多い、
共分散の伝播、更新、共分散に基づいたゲイン計Ｕ部分
を省くことが出来るため。
大幅な演算量の低減、それに伴う処理の簡素化。
高速化が達成できる。
第１図、第２図はこの発明による地球観測装置を示す図
、第３図、第４図は従来の航法支援用の人工衛星をオリ
用した航法装置を示す図でちる。 （１）は地球、（２）は航法支援用の人工衛星、（３）
は地上モニタ局、（４）は利用者の装備すべき航法装置
。 （５）は専用受信機、（６）は航法演算装置、（７）は
状態量伝播部、（８）はケイン計算部、（９）は状態量
伝播部。 ＱＱＩは航法結果表示装置、ＯＤは共分散伝播部、Ｏ２
は共分散更新部。 なお１図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
、第３図、第４図は従来の航法支援用の人工衛星をオリ
用した航法装置を示す図でちる。 （１）は地球、（２）は航法支援用の人工衛星、（３）
は地上モニタ局、（４）は利用者の装備すべき航法装置
。 （５）は専用受信機、（６）は航法演算装置、（７）は
状態量伝播部、（８）はケイン計算部、（９）は状態量
伝播部。 ＱＱＩは航法結果表示装置、ＯＤは共分散伝播部、Ｏ２
は共分散更新部。 なお１図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (2)
- （１）異なった地球周回軌道上にある複数の人工衛星に
、正確なクロック及びスペクトラム拡散変調の可能な送
信機を搭載することにより航法支援のための人工衛星と
なし、自機の位置、速度情報を含んだメッセージを特定
コードによりスペクトラム拡散変調した後、地球方向に
送出し、地球表面上、空中、あるいは宇宙空間において
専用の受信機により信号を受信、復調し、信号を送出し
た人工衛星の位置・速度情報と共に、受信信号の位相、
トップラーシフトの測定により航法支援用の人工衛星と
専用の受信機を搭載した利用者との間の相対距離、速度
情報を取得し、航法演算装置にて、これらの情報を処理
することにより利用者の絶対位置、速度の決定を行う航
法装置において、航法演算装置内の状態量伝播部におい
て、利用者の運動を記述したダイナミクスモデルにより
伝播された利用者絶対位置・速度の予測誤差を、航法用
に選択された４個の航法支援用の人工衛星と利用者との
間の幾何学的な関係と、選択した４個の航法支援用の人
工衛星と利用者間の測距データを使い最小自乗法により
位置推定を行ったときの航法精度との関係を示すパラメ
ータであるＧＤＯＰ（ＧｅｏｍｅｔｒｉｃＤｉｌｕｔｒ
ｉｃｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎ）の値に応じ決定される伝
播誤差修正用のゲインを用い、カルマンフィルタ型の情
報処理機構を使用することにより定期的に修正し、利用
者の絶対位置、速度を高精度で実時間処理により決定す
ることを特徴とする航法装置。 - （２）上記航法装置において、航法演算装置内の状態量
伝播部において、利用者の運動を記述したダイナミクス
モデルにより伝播された利用者絶対位置・速度の予測誤
差を、ＧＤＯＰとは反比例関係にある、航法用に選択さ
れた４個の航法支援用の人工衛星位置、利用者位置をそ
の頂点とする四面体の体積をもって、航法用に選択され
た４個の航法支援用の人工衛星と利用者との間の幾何学
的な関係と、そのときの航法精度との関係を示すパラメ
ータとなし、この値に基づき決定された伝播誤差修正用
のゲインを用い、カルマンフィルタ型の情報処理機構を
使用することにより定期的に修正し、利用者の絶対位置
、速度を高精度で実時間処理により決定することを特徴
とする航法装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63129006A JPH089360B2 (ja) | 1988-05-26 | 1988-05-26 | 航法装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63129006A JPH089360B2 (ja) | 1988-05-26 | 1988-05-26 | 航法装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01297400A true JPH01297400A (ja) | 1989-11-30 |
| JPH089360B2 JPH089360B2 (ja) | 1996-01-31 |
Family
ID=14998825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63129006A Expired - Fee Related JPH089360B2 (ja) | 1988-05-26 | 1988-05-26 | 航法装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH089360B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6140578A (ja) * | 1984-07-20 | 1986-02-26 | ドイチエ、フオルシユンクス・ウント・フエルザハザンシユタルト、ヒユール、ルフト・ウント・ラオムフアールト、アインゲトウラゲナー、フエライン | 衛星を用いる航行システム |
-
1988
- 1988-05-26 JP JP63129006A patent/JPH089360B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6140578A (ja) * | 1984-07-20 | 1986-02-26 | ドイチエ、フオルシユンクス・ウント・フエルザハザンシユタルト、ヒユール、ルフト・ウント・ラオムフアールト、アインゲトウラゲナー、フエライン | 衛星を用いる航行システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH089360B2 (ja) | 1996-01-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |