JPH08304092A - 移動体の位置検出方法と装置 - Google Patents

移動体の位置検出方法と装置

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JPH08304092A
JPH08304092A JP11307795A JP11307795A JPH08304092A JP H08304092 A JPH08304092 A JP H08304092A JP 11307795 A JP11307795 A JP 11307795A JP 11307795 A JP11307795 A JP 11307795A JP H08304092 A JPH08304092 A JP H08304092A
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JP
Japan
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moving body
gps
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time
detecting
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JP11307795A
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English (en)
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Terumitsu Waku
輝光 和久
Hiroshi Saito
寛 齋藤
Hideo Kawakami
英雄 川上
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NOSAKUBUTSU SEIIKU KANRI SYST KENKYUSHO KK
Ikegami Tsushinki Co Ltd
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NOSAKUBUTSU SEIIKU KANRI SYST KENKYUSHO KK
Ikegami Tsushinki Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精度にリアルタイムにほぼ連続して移動体
の位置を検出できる方法と装置を提供する。 【構成】 移動体の位置を検出するにあたり、固定され
た基準位置に第1のGPS受信機を設置し、移動体に第
2のGPS受信機を搭載し、両GPS受信機による搬送
波位相を用いたGPS干渉測位から前記移動体の前記基
準位置に対する相対位置を求めるとともに、前記両GP
S受信機から得られた位置データとGPS時刻データに
より別に求めた慣性航法システムによる前記移動体の相
対位置データを校正し、該校正された位置データを前記
移動体の相対位置データとし、リアルタイムに移動体の
位置を検出することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、複数のGPS受信機
を用いたキネマテック(動的)な測位を利用した移動体
の位置検出方法およびその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】GPS衛星の電波を複数の受信点で同時
に受信し、受信点間の相対的な位置関係を求める相対位
置検出(Differential GPS)において、干渉測位が精度
が高いことが知られている。そして、この搬送波位相を
用いた干渉測位において、2基の受信機を受信点上に設
置して搬送波測位を観測し、受信機間の相対位置を決定
するとき、既に位置が正確に分かっている地点に1基の
受信機を設置し、もう1基の未知地点側に置いた受信機
を次々と移動させて位置検出を継続する方法をキネマテ
ック(動的)なGPS測位という。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このキネマテックな位
置検出方法においては、数ミリ内の精度で位置検出が可
能であるが、一連の観測中、GPS電波の断続、受信機
の演算により、位置検出データは約1秒毎にしか出力で
きないので、さらに短い時間間隔で位置検出をすること
が困難であった。
【0004】一方、INS(慣性航法装置)による位置
検出では、必要な時間間隔で位置データを得ることが可
能であるが、時間経過と共に誤差が大きくなり、長時間
にわたる位置検出には適していなかった。これはINS
は、加速度、角速度を検出して移動位置や方向を出す
為、長時間動作させると、積分による誤差が累積するか
らである。
【0005】そこで本発明の目的は、GPS受信機によ
る搬送波位相を用いた測位と慣性航法システムによる測
位との互いの長所を組み合わせ、しかもGPS受信機の
位置検出間隔より短い時間内の位置データをもリアルタ
イムで求めることのできる移動体の位置検出方法と装置
を提供せんとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明移動体の位置検出方法は、移動体の位置を検出す
るにあたり、固定された基準位置に第1のGPS受信機
を設置し、移動体に第2のGPS受信機を搭載し、両G
PS受信機による搬送波位相を用いたGPS干渉測位か
ら前記移動体の前記基準位置に対する相対位置を求める
とともに、前記両GPS受信機から得られた位置データ
とGPS時刻データにより別に求めた慣性航法システム
による前記移動体の相対位置データを校正し、該校正さ
れた位置データを前記移動体の相対位置データとし、リ
アルタイムに移動体の位置を検出することを特徴とする
ものである。
【0007】また、本発明移動体の位置検出装置は、移
動体の位置を検出する位置検出装置において、該装置
が、固定された基準位置に設置され搬送波位相を用いた
GPS干渉測位の可能な第1のGPS受信機と、移動体
に搭載され搬送波位相を用いたGPS干渉測位の可能な
第2のGPS受信機と、両GPS受信機の干渉測位から
前記移動体の前記基準位置に対する相対位置を算出する
第1の演算手段と、慣性航法システムによる前記移動体
の前記基準位置に対する相対位置を算出する第2の演算
手段と、該第2の演算手段により求められた移動体の相
対位置データを前記第1の演算手段から得られた相対位
置データとGPS時刻データにより校正する校正手段と
を具備し、該校正手段の出力を移動体の位置データと
し、リアルタイムに移動体の位置を検出することを特徴
とするものである。
【0008】
【実施例】広い区域内で正確に移動体を三次元でリアル
タイムで位置制御をしようとした場合リアルタイムで正
確な位置を知る必要がある。ある基準位置に対する局地
水平座標系(その地点の重力方向に対して水平で東西、
南北および高さE,N,Hで表す)で移動体の相対位置
はGPSの相対測位法により正確に測位出来るが、基準
局から移動体への基準局のデータ伝送時間および位置計
算機の計算時間により位置データの時間遅れおよび時間
間隔を生じリアルタイムで知る事が出来ない。一方IN
S(慣性航法システム)ではリアルタイムで位置データ
は出力されるが、移動体の加速度を二重積分して移動距
離を出すため、加速度計およびジャイロにバイアスが有
った場合時間経過の二乗に比例して誤差が大きくなり正
確に位置を知る事が出来ない。この各々の欠点を改良
し、両者の長所を組み合わせたのが本発明方法と装置で
ある。
【0009】以下添付図面を参照し実施例により本発明
を詳細に説明する。図1に本発明第1の実施例の構成ブ
ロック線図を示す。ブロック11,12はそれぞれGPS基
準局の受信アンテナ、GPS受信機で、これらは本発明
でいう固定された基準位置に設置される第1のGPS受
信機を構成し、ブロック13,14はそれぞれデータ送信
機、データ送信アンテナで、基準GPSのデータを移動
体に送るためのデータ送信機である。
【0010】GPS受信アンテナ1、GPS受信アンテ
ナ2、GPS受信機3、データ受信アンテナ4およびデ
ータ受信機5は移動体側の本発明でいう移動体に搭載さ
れた第2の受信機を構成し、前記基準位置からの相対位
置(前述のE,NおよびHを含む)とそれを計測した時
のGPS時刻ラベルを付けた位置データおよび1秒単位
のクロックを出力する。
【0011】GPSアンテナ1,2は移動体に移動体座
標X,Y,Z(Y:進行方向、X:横方向、Z:高さ方
向)のY軸方向に数mの間隔を隔てて設置され、移動体
位置検出装置の初期化の時移動体の方向を決定する役割
りをはたす。移動体の方向は地磁気方位計9によって決
定されることもできる。
【0012】同期信号発生器6は受信したGPSのクロ
ック(1秒間隔)のクロックに同期したGPSの位置デ
ータの出力と同じ間隔、および求めようとするさらに短
い位置計測の時間間隔(例えば0.1 秒間隔)に応じたク
ロックを出力する。
【0013】ブロック7,8,9,10はそれぞれジャイ
ロ、加速度計、地磁気方位計、位置データ計算機で慣性
航法装置(INS)を構成し、INSは前述のE,N,
Hの三次元を計測できる装置で所定の位置計測時間間隔
(例えば0.1 秒間隔)で、その時間間隔内に移動した距
離に計測時刻のラベルを付けて出力する。位置データ計
算機10は時刻ラベル付きのINS位置データを取り込ん
で記憶し、位置検出装置の状態、即ちGPSの位置デー
タが計測された時刻(通常1秒間隔)かその間のもっと
細かい時間間隔の時刻(例えば0.1 秒間隔)かによつて
以下に説明するように移動体の位置決めをリアルタイム
に行う。
【0014】ここでリアルタイムの位置決めの説明にあ
たっては添付図面図2を参照することとする。図の上に
記載されたラインはGPSクロックの時刻を表わしその
間隔は1秒間隔、t0は現在時刻、t−4,t−3,t
−2,t−1,t+1はそれぞれt0に対し4秒前,3
秒前,2秒前,1秒前,1秒後であるとする。また下に
記載されたラインはINSデータ取り込みの時刻を表わ
し上のラインをさらに十等分して0.1 秒間隔としてい
る。ここで重要なことは、衛星からの信号がこの位置検
出システムに取り込まれてから、それが時刻ラベル付き
のGPS位置データとして計測されるまでには、干渉測
位とか演算処理に時間がかかりそこに時間おくれがある
ことである。今この説明ではそのおくれを2秒とする。
従って現在時刻t0の位置データはt−2の時刻に受信
されたGPS信号によるデータということでこれを例え
ば(t−2)のGPS位置データと呼ぶ。
【0015】さて本論にはいり、はじめにGPSの位置
データが計測された時刻(t0,t+1,t+2など)
における現在位置の確定方法について説明する。GPS
の位置データが計測された時刻t0では、(t−3)の
GPS位置データおよび(t−2)のGPS位置データ
のジャイロ角度データを取り込み、その差が必要計測精
度以内(ほぼ直線移動)の場合には、(t−3)の時刻
から(t−2)の時刻までのINS位置データを積算し
たものを(t−3)のGPS位置データに加算して(t
−2)の位置データとする。
【0016】次に、(t−3)のGPS位置データに
(t−3)の時刻から(t−2)の時刻までのINS位
置データの積算を加算した移動体の位置データと(t−
2)のGPS位置データによる移動体の位置データとの
差からINSの加速度のバイアスを求め、(t−3)の
時刻から(t−2)の時刻までのINSの速度誤差を出
す。このINSの速度誤差を(t−2)の時刻の速度に
加減算して速度補正をし、(t−2)の時刻から現在時
刻t0までのINSによる移動距離を再計算し、この時
間内の移動距離を積算して(t−2)のGPS位置デー
タに加算してt0の現在位置とする。すなわちリアルタ
イムに移動体の位置を検出する。一方ジャイロデータに
よる回転角の差が必要計測精度以上の場合(移動体が回
転している場合)は速度の補正を行わず、(t−2)時
刻から現在のt0時刻までのINSによる移動距離を積
算し、これ(t−2)のGPS位置データに加算して現
時点t0の移動体の位置とする。すなわちリアルタイム
に移動体の位置を検出する。INS単独計測で必要計測
精度が保証できない程長時間速度補正が行われなかった
時は、移動体を一旦停止しGPSの位置データから現在
位置と移動体速度を補正する。
【0017】次に現在の時刻が、GPS位置データ計測
時間の間のより細かい時間間隔の時刻にある場合は、現
在位置は最新のGPS位置データに最新のGPS位置デ
ータの時刻から現在時刻までのINSによる移動距離の
積算値を加算して現在位置とし、リアルタイムに移動体
の位置を検出する。次に本発明の第2の実施例について
説明する。第2の実施例は図1図示ブロック8の加速度
計を移動体の車軸回転計に変えたものである。実施例1
のINSの代りに求める位置計測の時間間隔に応じて、
移動体の車軸の回転数を計測し、移動体座標系における
移動体の移動量を求める。移動量のジャイロの回転角度
により移動体座標系から局地水平座標系に変換し、計測
時刻のラベルを付けて実施例1のINS移動量データと
同じように位置データ計算機へ記憶し位置計算を行な
う。さらに、検出された位置データをあらかじめ作成さ
れたマップデータと照合し、現在位置を前記マップデー
タ上で確認することにより、野外での位置確認を容易に
することも可能である。また、移動体の向き・角度等の
姿勢を検出する場合は、移動体側に設置されたGPS受
信アンテナ1,2を切り替えて、各々のGPS受信アン
テナに対応した複数の位置データおよび移動量データを
求め、これらを基に三角測量の手法で移動体の姿勢デー
タを検出する。
【0018】以上本発明をいくつかの実施例により詳細
に説明してきたが、本発明はこれら実施例により限定さ
れることなく、発明の要旨内で各種の変形、変更の可能
なことは当業者にとり自明であろう。
【0019】
【発明の効果】本発明方法および装置によれば、GPS
受信機による搬送波位相を用いた干渉測位と慣性航法シ
ステムにより測位との長所を組み合わせて移動体の基準
位置に対する相対位置を検出するので、高精度にリアル
タイムにほぼ連続して移動体の移動位置を検出すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1の実施例の構成ブロック線図であ
る。
【図2】GPSクロック信号とINS取り込みクロック
信号のタイムチャートを示す図である。
【符号の説明】
1,2 GPS受信アンテナ 3,12 GPS受信機 4 データ受信アンテナ 5 データ受信機 6 同期信号発生器 7 ジャイロ 8 加速度計 9 地磁気方位計 10 位置データ計算機 11 GPS基準局の受信アンテナ 13 データ送信機 14 データ送信アンテナ
フロントページの続き (72)発明者 齋藤 寛 茨城県那珂郡那珂町大字向山1230番地 株 式会社農作物生育管理システム研究所水戸 事業所内 (72)発明者 川上 英雄 東京都大田区池上5丁目6番16号 池上通 信機株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 移動体の位置を検出するにあたり、固定
    された基準位置に第1のGPS受信機を設置し、移動体
    に第2のGPS受信機を搭載し、両GPS受信機による
    搬送波位相を用いたGPS干渉測位から前記移動体の前
    記基準位置に対する相対位置を求めるとともに、前記両
    GPS受信機から得られた位置データとGPS時刻デー
    タにより別に求めた慣性航法システムによる前記移動体
    の相対位置データを校正し、該校正された位置データを
    前記移動体の相対位置データとし、リアルタイムに移動
    体の位置を検出することを特徴とする移動体の位置検出
    方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の方法において、前記慣性
    航法システムによる位置データの校正を所定の時間間隔
    で繰り返し行なうことを特徴とする移動体の位置検出方
    法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の方法において、前記リア
    ルタイムに検出した位置データをあらかじめ作成された
    マップデータと照合し、現在位置を前記マップデータ上
    で確認することを特徴とする移動体の位置検出方法。
  4. 【請求項4】 請求項1から3のいずれかに記載の方法
    において、前記第2のGPS受信機に複数の受信アンテ
    ナを搭載させ、得られた相対位置データを基に三角測量
    の手法にて前記移動体の姿勢をリアルタイムに検出する
    ことを特徴とする移動体の位置検出方法。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の方法において、前記複数
    個のGPS受信機のうち少なくとも1個のGPS受信機
    を前記マップデータ上の位置検出用に兼用したことを特
    徴とする移動体の位置検出方法。
  6. 【請求項6】 移動体の位置を検出する位置検出装置に
    おいて、該装置が、固定された基準位置に設置され搬送
    波位相を用いたGPS干渉測位の可能な第1のGPS受
    信機と、移動体に搭載され搬送波位相を用いたGPS干
    渉測位の可能な第2のGPS受信機と、両GPS受信機
    の干渉測位から前記移動体の前記基準位置に対する相対
    位置を算出する第1の演算手段と、慣性航法システムに
    よる前記移動体の前記基準位置に対する相対位置を算出
    する第2の演算手段と、該第2の演算手段により求めら
    れた移動体の相対位置データを前記第1の演算手段から
    得られた相対位置データとGPS時刻データにより校正
    する校正手段とを具備し、該校正手段の出力を移動体の
    位置データとし、リアルタイムに移動体の位置を検出す
    ることを特徴とする移動体の位置検出装置。
JP11307795A 1995-05-11 1995-05-11 移動体の位置検出方法と装置 Pending JPH08304092A (ja)

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