JPH112673A - キャリア位相相対測位装置およびそのプログラム記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測位用衛星より送信される信号のキャリア位
相に基づいて相対測位を行う際、整数バイアス決定のた
めの初期化処理を短縮化して、早期に相対測位の結果を
出力できるようにする。 【解決手段】 キャリア位相位置線（Ｐ１−Ｂ），（Ｐ
２−Ｂ）の交点を候補位置とし、各候補位置において、
キャリア位相位置線（Ｓ１−Ｂ）との残差を求めるとと
もに、残差が所定時間に亘ってたとえば１／５サイクル
を超えなかった候補位置を抽出し、それらの平均値を測
位値とする。また、このような振るい落としによる候補
位置の残留パターンとシミュレーションによる候補位置
の残留パターンとを比較して、正解の候補位置を決定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は測位用衛星から送
信される信号を受信して、受信点の測位を行う測位装置
に関し、特にキャリア位相を用いた相対測位による測位
装置およびそのプログラム記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＧＰＳにおいては、単独測位
では得られないような高い測位精度が要求される場合に
は、一般に相対測位が行われる。

【０００３】相対測位には、従来より、(1) Ｃ／Ａコー
ドを利用する方式、(2) Ｃ／Ａコードをキャリア位相で
平滑したデータを用いる方式、(3) キャリア位相を直接
利用する方式、があった。

【０００４】(1) の方式は、既知点に設けられている基
地局で単独測位を行って、その測位結果と既知点とのず
れから、各衛星のＣ／Ａコード位相の誤差を求め、これ
を放送し、移動局でＣ／Ａコードの誤差情報を用いて相
対測位を行うものであり、測位精度は５〜１０ｍであ
る。(2) の方式は、Ｃ／Ａコード位相のばらつきを抑え
るために、一定周期でＣ／Ａコード位相とキャリア位相
を観測するとともに、前回に求めた平均化されたＣ／Ａ
コード位相を、前回と今回に観測したキャリア位相の変
化量で補正（外挿）し、この補正したＣ／Ａコード位相
と今回の観測によるＣ／Ａコード位相との加重平均をと
ることによって、Ｃ／Ａコードをキャリア位相で平滑す
るものであり、５０ｃｍ程度の測位精度が得られる。
(3) の方式は、基地局と移動局の観測値から得られるキ
ャリアの二重位相差により測位演算を行うものであり５
ｃｍ程度の測位精度が得られる。

【０００５】それぞれの相対測位方式には一長一短があ
るが、５ｃｍ程度の測位精度が要求される用途では(3)
のキャリア位相を直接利用する方式を採用することにな
る。ところが、移動体においてこのようなキャリア位相
による相対測位を行う場合には、ＯＴＦ (On The Fly c
alibration) と呼ばれるキャリア位相の整数バイアスを
求めるための初期化処理が必要である。

【０００６】整数バイアスを決定するのに用いられてい
る一般的な方法は、正解の整数バイアスを仮定し、その
整数値の前後１〜５サイクル程度の整数バイアスで得ら
れる各候補位置のそれぞれについて残差を求め、それら
のうち残差が最小となる候補位置を選びだし、それを正
解とするものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
初期化処理を行う際、ノイズの影響などによって、残差
が偶然に最小となる候補位置が生じる場合があるので、
一定時間をかけて観測を継続し、平均化などの統計的手
法を用いてノイズによる影響を受けないようにする必要
がある。そのために従来は１５〜３０分程度観測を継続
して、多数の候補位置のうち残差が最小となる候補位置
を最終的に選びだすようにしていた。したがって電源投
入後１５〜３０分経過するまでは測位結果が得られず、
受信点を固定したまま、ただ待つしかなく、測量作業等
を開始することはできなかった。この初期化処理を短縮
する方法として、ＧＰＳでは１５７５．４２ＭＨｚであ
るＬ１帯と１２２７．６ＭＨｚであるＬ２帯の２波の両
方についてキャリア位相を抽出し、その差の周波数（ビ
ート周波数）における位相差を求めることによって、一
定範囲内の候補位置の数を減らして、初期化処理に要す
る時間を短縮化しようとするものもあった。

【０００８】この発明の目的は、初期化処理を短縮化し
て、早期に相対測位の結果を出力できるようにしたキャ
リア位相相対測位装置およびそのプログラム記録媒体を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、複数の測位
用衛星からの信号を受信し、コード位相、キャリア位
相、航法データをそれぞれ抽出し、基準とする衛星と複
数の候補位置決定用衛星との位置関係により定まるキャ
リア位相位置線を求めるとともに、受信点の推定位置の
近傍を通るキャリア位相位置線の整数バイアスを仮定
し、その前後数サイクルに対応するキャリア位相位置線
の交点に相当する候補位置を求め、各候補位置の近傍を
通る他のキャリア位相位置線に対する各候補位置の残差
を求めてキャリア位相相対測位を行うものにおいて、請
求項１および請求項４に記載のとおり、前記残差が所定
時間に亘って所定サイクルを超えない候補位置または前
記残差の変化率が所定値を超えない候補位置を抽出し、
それらの候補位置の平均値を受信点の現在位置として求
める。

【００１０】また請求項２および請求項５に記載のとお
り、前記残差が所定サイクルを超えた候補位置から順次
捨てる処理を繰り返して、残った候補位置が所定数以下
になったときの候補位置の位置関係のパターンを求め、
前記受信点の推定位置またはその近傍を正解位置と仮定
して、その前後数サイクルに対応する候補位置を求め、
各候補位置の残差を受信点と各測位用衛星との位置関係
から逆算して、時間経過にともなって残差が所定サイク
ルを超える候補位置を捨てる処理を繰り返して、残る候
補位置が所定数以下になるときの候補位置の位置関係の
パターンを求め、前記両パターンの比較により前記正解
位置と仮定した候補位置に対応する観測による候補位置
を正解の整数バイアスとして求める。

【００１１】また、請求項３および６に記載のとおり、
前記残差の変化率が最も小さい候補位置を正解の整数バ
イアスとして求める。

【００１２】先ず、請求項１および４に記載の構成によ
る作用について次に説明する。図２は或る基準衛星Ｂと
候補位置決定用の或る衛星Ｐ１，Ｐ２とによって定まる
キャリア位相位置線（Ｐ１−Ｂ），（Ｐ２−Ｂ）および
基準衛星Ｂと残差チェック用の或る衛星Ｓ１とによって
定まるキャリア位相位置線（Ｓ１−Ｂ）の例を示す図で
ある。同図において（Ｐ１−Ｂ）0 は基準衛星Ｂと候補
位置決定用衛星Ｐ１による仮定した整数バイアスの位置
線、（Ｐ２−Ｂ）0 は基準衛星Ｂと候補位置決定用衛星
Ｐ２による仮定した整数バイアスの位置線であり、それ
ぞれその前後数サイクル分の位置線を引いて、その交点
をそれぞれ候補位置とする。そして、ここでは位置線
（Ｐ１−Ｂ）と（Ｐ２−Ｂ）との交点と、それぞれの交
点の近傍を通る位置線（Ｓ１−Ｂ）との距離（ずれ）が
残差であり、図中では幾つかの候補位置について残差を
太線で示している。Ｏで示す位置は仮定した整数バイア
スに対応する候補位置であり、ここでは残差を０として
いる。この図２に示した状態から一定時間が経過する
と、各衛星の移動に伴ってキャリア位相位置線が変位す
る。その際、衛星の位置関係が変化しても受信点の真の
位置は当然に変化しない。また、衛星の位置関係の変化
によってキャリア位相位置線が平行移動するわけでもな
いので、各キャリア位相位置線は真の位置を中心として
回転することになる。

【００１３】図３はＯを真の位置とした場合の、図２に
示した状態から一定時間経過後の各キャリア位相位置線
と残差の例を示す図、図４は図３に示した状態から更に
一定時間経過後の各キャリア位相位置線と残差の例を示
す図である。図５は６つの候補位置についての残差の時
間変化の観測結果を示す図であり、図６はシミュレーシ
ョンによる６つの候補位置の残差の時間変化の例を示す
図である。また、図７は図６に示したシミュレーション
を行った際の６つの候補位置と各キャリア位相位置線と
の関係を示す図である。図７において位置線（Ｐ１−
Ｂ）と（Ｐ２−Ｂ）との交点が候補位置であり、これら
の候補位置から位置線（Ｓ１−Ｂ）に下ろした垂線が残
差である。図５および図６において縦軸は残差、横軸は
経過時間（秒）である。一般に残差は０〜０．５の値を
採り、正解でない候補位置の残差は、キャリア位相位置
線の回転にともなって０〜０．５の範囲で増減する。し
たがって正解の候補位置でない残差は、いずれ所定サイ
クル（たとえば１／５サイクル）を超えることになる。
これに対して、正解の候補位置の残差は０．５サイクル
未満の或る値（たとえば１／５サイクル）におさまり、
時間が経過しても、その値を超えることはない。そして
真の位置から遠い候補位置ほど残差の変化が速いため、
早期に所定サイクル（１／５サイクル）を超える。従っ
て残差が所定サイクル（たとえば１／５サイクル）を超
えた候補点を捨てる処理（以下この処理を「振るい落と
し」という。）を一定時間行うことにより、真の位置か
ら遠い候補点ほど早く捨てられる確率が高く、真の位置
に近い候補点ほど残っている確率が高くなる。そこで、
この振るい落とし処理を一定時間行った後に、残った候
補位置の平均値を求めれば、真の位置に近い高精度な測
位結果が得られることになる。図５に示した観測結果に
よれば、振るい落とし処理の開始直後、残差が１／５＝
０．２サイクルを超える候補位置(2) 、(3) 、(5) がま
ず捨てられ、その後約１２１秒経過した時点で候補位置
(6) の残差が０．２を超えるため、その候補位置(6) が
捨てられる。この時点で候補位置(1) と(4) が残ること
になる。

【００１４】また、このように、真の位置から遠い候補
位置である程、残差の変化が速い（残差の変化率が大き
い）ため、残差の変化率が所定値を超える候補位置を捨
てる処理（以下この処理も「振るい落とし」という。）
を一定時間行うことによって、真の位置から遠い候補位
置ほど早期に捨てられる確率が高くなる。そこで、この
振るい落とし処理を一定時間行った後に、残った候補位
置の平均値を求めれば、真の位置に近い高精度な測位結
果が得られることになる。

【００１５】なお、説明の都合上、図２〜図４では２次
元について表しているので、２つの候補位置決定用衛星
Ｐ１，Ｐ２と基準衛星Ｂとによる候補位置は２次元平面
に分布しているが、実際には３つの候補位置決定用衛星
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と基準衛星Ｂとによる候補位置は３次
元空間に分布している。また、図２〜図４に示した例で
は、１組の残差チェック用キャリア位相位置線を示した
ので、各候補位置の残差はそれぞれ１つずつの値を採る
が、残差チェック用衛星Ｓｉが複数である場合、その数
だけ各候補位置の残差が求まることになる。

【００１６】なお、日本測地学会編著新訂版ＧＰＳ−人
工衛星による精密測位システム−（1989.11.15 社団法
人 日本測量協会発行）のｐ１５６〜ｐ１５７の整数値
バイアスの処理の段落で、候補位置（格子点）は衛星の
運動と共に真の解を不動点として空間内を回転するだけ
の充分な時間観測を続け、最小二乗法的にデータ処理を
すれば、未知点の位置と整数値バイアスとを同時に決定
できる旨が記述されているが、ここで述べられているの
は、複数の候補位置を仮定し、観測を継続するとともに
各候補位置のそれぞれについて残差を求め、それらのう
ち残差が最小となる候補位置を統計的に選びだすことに
ついてであって、本願発明の「振るい落とし」に関する
ものではない。

【００１７】次に、請求項２および５に記載の構成によ
る作用について説明する。図２〜図４に示したような各
候補位置は観測によって求められるものであるので、こ
れらの候補位置を直接的に逆算することはできないが、
各測位用衛星および受信点の位置関係は他の情報から単
独測位によってある程度の精度で既にわかっているの
で、これから受信点付近におけるキャリア位相位置線を
仮定して、シミュレーション用の候補位置を定め、図６
に示したように各候補位置の残差を逆算し、その変化を
シミュレーションすることは可能である。但し、どうい
う順に候補位置が振るい落とされるかが問題なのではな
く、振るい落としによってある程度にまで少なくなった
候補位置の位置関係がどういうパターンになるかが重要
となる。そこで、ある時点からシミュレーションを開始
して、残差がたとえば１／５サイクルを超えた候補位置
を順次捨てていき、たとえば候補位置が３個以下にまで
減少したときの、その残った候補位置の位置関係のパタ
ーンを予測する。

【００１８】たとえば図８に示すようにＰ10，Ｐ11，Ｐ
20で示す３つの候補位置が残った場合、この３つのうち
何れかが正解の候補位置であることは明らかであるが、
これだけの情報では正解を決定できない。一方、ｐiiが
正解だと仮定してシミュレーションを行い、候補位置が
３つ残る時点での、３つの候補位置のパターンを求めた
結果が図９に示すようになった場合、図８に示した観測
による候補位置の位置関係のパターンと図９に示したシ
ミュレーションによる候補位置の位置関係のパターンと
を比較して、図８におけるＰ10が正解の候補位置（整数
バイアス）であると決定する。

【００１９】なお、約２万ｍ遠方の衛星から見て数ｍ〜
数１００ｍ程度離れた地点間の距離は相対的に非常に小
さなものであり、数ｍ〜数１００ｍ程度異なった受信点
で観測を行った場合でも、所定数にまで上記振るい落と
しを行ったときの候補位置の残るパターン（整数バイア
スの値ではなく、残った候補位置の位置関係）は同じ結
果となる。したがって、受信点付近におけるシミュレー
ション用のキャリア位相位置線を仮定して、その前後数
サイクルに対応する候補位置を定めてシミュレーション
すればよく、単独測位による測位精度が低くても、その
ことは問題とはならない。

【００２０】次に、請求項３および６に記載の構成によ
る作用について説明する。上述したように、真の位置か
ら遠い候補位置である程、残差の変化が速い（残差の変
化率が大きい）、という関係から、逆に残差の変化率が
最も小さい候補位置を正解の候補位置（整数バイアス）
と見なすことができる。この方法により正解の候補位置
を抽出すれば、たとえば残差の値にのみ基づいて抽出す
る場合に比べて、より早期に正解の候補位置を抽出でき
る。たとえば図５に示した例において、候補位置(1) は
当然であるが、候補位置(2) も長時間にわたって１／５
サイクル以内におさまっている。しかし、残差の変化率
をみれば、候補位置(2) は(1) より大きいため、(1) を
正解の候補位置として抽出できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施形態
であるキャリア位相相対測位装置の構成を示す図であ
り、（Ａ）は基地局の構成、（Ｂ）は移動局の構成を示
す。基地局は（Ａ）に示すようにＧＰＳアンテナ１、Ｇ
ＰＳ受信機２、データ送信機３およびデータ送信用アン
テナ４とから構成する。ここでＧＰＳ受信機２は、単独
測位を行ってその測位結果と基地局の既知の位置データ
とから、各衛星のＣ／Ａコード位相の誤差を求めるとと
もに、ＧＰＳアンテナ１から各衛星までの距離（キャリ
ア位相）情報を求める。データ送信機３はこれらの情報
をコード化してデータ送信用アンテナ４から所定のサー
ビスエリア内に放送する。

【００２２】一方、移動局は（Ｂ）に示す構成からな
り、ＧＰＳアンテナ１１は複数の衛星からの信号を受け
て、Ｌ１帯増幅回路１２はこれを増幅し、ミキサ回路１
４はこの信号と局部発振回路１３による信号とをミキシ
ングして中間周波信号に変換する。中間周波増幅回路１
５はこれを増幅し、サンプラ１６はこれを所定周期でサ
ンプリングし、ＡＤコンバータ１７はその値をディジタ
ルデータに変換する。一方、データ受信機１９はデータ
受信用アンテナ１８により上記基地局から放送されたデ
ータを受信する。ＣＰＵ２１はＲＯＭ２２に予め書き込
んだプログラムを実行して相対測位を行う。ＲＡＭ２３
はそのプログラムの実行に際してワーキングエリアとし
て用いる。またＣＰＵ２１は相対測位を行う際、インタ
フェース２０を介してデータ受信機１９による受信デー
タを読み取る。またＣＰＵ２１は測位結果をインタフェ
ース２４を介して外部へ出力する。

【００２３】図１０および図１１は図１に示したＣＰＵ
２１の処理手順を示すフローチャートである。図１０に
示すように、まず衛星からの受信信号よりＣ／Ａコード
位相、キャリア位相および航法データをそれぞれ抽出し
て単独測位を行う。整数バイアス決定開始時（すなわち
整数バイアス決定中ではなく、決定後でもない時）に
は、続いてキャリア位相位置線を定めるための基準とす
る衛星（基準衛星Ｂ）を選定する。たとえば受信可能な
衛星のうち最も仰角の大きな衛星に決める。続いて３つ
の候補位置決定用衛星Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を選定する。た
とえばＧＤＯＰ（Geometorical Dilution of Precisio
n）が最大となる組み合わせの３つの衛星を選定するこ
とによって測位精度をなるべく高くする。その他の受信
可能な衛星Ｓｉ（Ｓ１，Ｓ２・・・）を残差チェック用
衛星として選定する。受信部が８チャンネル分であっ
て、８つ以上の衛星が視野内に存在する場合、残差チェ
ック用衛星はＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の４つとなる。そ
の後、基地局より受信した各Ｃ／Ａコード位相の誤差分
の候補を行い、且つＣ／Ａコード位相をキャリア位相で
平滑することによって１ｍ精度で受信点の位置を決定す
る。そして、その決定した位置の最近傍を通るキャリア
位相位置線（Ｐ１−Ｂ），（Ｐ２−Ｂ），（Ｐ３−Ｂ）
の３つについてそれぞれ整数バイアスを仮定する。因み
に小数部はキャリア位相の測定値である。そして、仮定
した整数バイアスの前後５サイクルに対応する候補位置
を求める。これらの候補位置は１１本のキャリア位相位
置線の３次元で交わる交点であるから１１×１１×１１
＝１３３１点求めることになる。

【００２４】続いて図１１に示すように、各候補位置の
近傍を通るキャリア位相位置線（Ｓｉ−Ｂ）｛（Ｓ１−
Ｂ），（Ｓ２−Ｂ）・・・｝との残差を算出する。そし
て残差が１／５サイクルを超えている候補位置を捨て
る。すなわち、その候補位置については以降の残差チェ
ックは行わないように設定する。以上の処理を３分経過
するまで繰り返し行う。たとえば毎秒各候補位置の残差
を算出して、残差が１／５サイクルを超えたものから順
次捨てる処理を繰り返す。

【００２５】なお、残差チェック用衛星Ｓｉが複数であ
る場合、その数だけ各候補位置の残差を求め、１つの候
補位置における複数の残差のうち１つでも１／５サイク
ルを超える場合には、その候補位置を捨てる。

【００２６】３分を経過した後に残っている（まだ捨て
られていない）候補位置の数が１０以下になった場合、
その残っている候補位置の算術平均値を受信点の位置と
して求め、これを出力する。３分を経過するまでは、ま
たは３分を経過しても残っている候補位置の数が１０以
下でない場合には、受信信号からコード位相、キャリア
位相、航法データの抽出を行うとともに、上記振るい落
としを繰り返し行う。

【００２７】以上の方法によりＬ１帯の信号のみを利用
して３分という短い時間で可能な限りの高精度な測位結
果が得られる。もちろん、本願発明は１周波数のみを利
用したものに限られず、前述した２周波を利用したもの
にも利用できる。すなわち１つの基準衛星Ｂと３つの候
補位置決定用衛星Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３とのそれぞれの２周
波のビート周波数における位相差を求め、それらの３組
の位相位置線の交点を候補位置とし、同様にして振るい
落としを行えばよい。

【００２８】図１２は第２の実施形態に係るＣＰＵの処
理手順を示すフローチャートである。この実施形態にお
いて、処理の開始から候補位置を求めるまでの処理内容
は図１０に示したものと同様であり、図１２はそれに続
く処理内容を示すものである。まず各候補位置の近傍を
通るキャリア位相位置線（Ｓｉ−Ｂ）｛（Ｓ１−Ｂ），
（Ｓ２−Ｂ）・・・｝との残差を算出する。そして前回
に求めた、または前回までに求めた各候補位置の残差と
今回に求めた残差とから、一定時間当たりにどれだけ残
差が変化したかを示す残差の変化率を求める。これは図
５または図６に示した残差変化曲線の傾きに相当し、た
とえば１分程度時間の異なった２点での残差の差分を残
差の変化率として求めるか、または最小２乗法で残差の
変化の傾きを求める。そして、残差の変化率が所定値を
超える候補位置を捨てる。すなわち、その候補位置につ
いては以降の残差チェックは行わないように設定する。
以上の処理を３分経過するまで繰り返し行う。たとえば
毎秒各候補位置の残差の変化率を算出して、それが０．
００２サイクル／秒を超えたものから順次捨てる処理を
繰り返す。図５に示した例では(6) ，(5) ，(4) などの
残差の変化率の大きな候補位置を捨てる。

【００２９】３分を経過した後に残っている（まだ捨て
られていない）候補位置の数が１０以下になった場合、
その残っている候補位置の算術平均値を受信点の位置と
して求め、これを出力する。以上の方法によってもＬ１
帯の信号のみを利用して短い時間で可能な限りの高精度
な測位結果が得られる。

【００３０】図１３および図１４は第３の実施形態に係
るＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。図１
３に示すように、まず衛星からの受信信号からＣ／Ａコ
ード位相、キャリア位相および航法データをそれぞれ抽
出して単独測位を行う。整数バイアス決定開始時（整数
バイアス決定中ではなく、決定後でもない時）には、続
いてキャリア位相位置線を定めるための基準とする衛星
（基準衛星Ｂ）、３つの候補位置決定用衛星Ｐ１，Ｐ
２，Ｐ３、残差チェック用衛星Ｓｉ（Ｓ１，Ｓ２・・
・）をそれぞれ選定する。その後、Ｃ／Ａコード位相を
キャリア位相で平滑することによって１ｍ精度で受信点
の位置Ｌを決定する。そして、その決定した位置Ｌの最
近傍を通るキャリア位相位置線（Ｐ１−Ｂ），（Ｐ２−
Ｂ），（Ｐ３−Ｂ）の３つについてそれぞれ整数バイア
スを仮定し、その前後５サイクルに対応する候補位置を
求める。これらの候補位置は１１本のキャリア位相位置
線の３次元で交わる交点であるから１１×１１×１１＝
１３３１点求めることになる。ここまでの処理は第１の
実施形態で示したものと同様である。その後、上記位置
Ｌに相当する整数バイアスを正解と仮定したシミュレー
ション用キャリア位相位置線の前後５サイクルに対応す
るシミュレーション用候補位置を求める。従ってこのシ
ミュレーション候補位置も１３３１点求めることにな
る。

【００３１】続いて図１４に示すように、観測による各
候補位置の近傍を通るキャリア位相位置線（Ｓｉ−Ｂ）
との残差を算出する。そして残差が１／５サイクルを超
える候補位置を捨てる。一方、各シミュレーション用候
補位置を通るキャリア位相位置線（Ｓｉ−Ｂ）′との残
差を算出し、残差が１／５サイクルを超えるシミュレー
ション用候補位置を捨てる。以上の処理を観測による候
補位置の残り数が３以下になるまでおよびシミュレーシ
ョン用候補位置の残り数が３以下になるまで繰り返し行
う。いずれの残り数も３以下となれば、それらの残って
いる観測による候補位置とシミュレーション用候補位置
の相対的対応（パターンマッチング）をとり、シミュレ
ーション用基準候補位置に対応する観測による候補位置
の整数バイアスを正解とし、これに測定による小数部と
を合わせて受信点の測位値を求め、これを出力する。

【００３２】たとえば観測による残った３つの候補位置
が図８に示すような関係となり、シミュレーションによ
る残った３つの候補位置が図９に示すような関係となっ
た場合、シミュレーション用基準候補位置Ｐiiに相当す
る観測による候補位置はＰ10であるので、（Ｐ１−Ｂ）
1 と位置線（Ｐ２−Ｂ）0 との交点を正解の候補位置す
なわち正しい整数バイアスとする。位相差の小数部は測
定によって既に求まっているので、これにより、Ｌ１帯
の１波長である１９ｃｍ以下の精度で測位結果を出力す
る。たとえば小数部の分解能が１／４であれば、約５ｃ
ｍの精度で測位結果を得る。

【００３３】なお、パターンマッチングを行う場合、候
補位置の数は必ずしも同一である必要はなく、たとえば
観測による候補位置の残っている数が４、シミュレーシ
ョンによる候補位置の残っている数が３であってもよ
く、パターンマッチングが可能となった時点で、残って
いる観測による候補位置のパターンとシミュレーション
用候補位置のパターンとのマッチングをとればよい。

【００３４】次に、第４の実施形態に係るＣＰＵの処理
手順をフローチャートとして図１５に示す。この実施形
態において、処理の開始から候補位置を求めるまでの処
理内容は図１０に示したものと同様であり、図１５はそ
れに続く処理内容である。

【００３５】この例では、まず各候補位置の近傍を通る
キャリア位相位置線（Ｓｉ−Ｂ）｛（Ｓ１−Ｂ），（Ｓ
２−Ｂ）・・・｝との残差を算出する。そして残差が１
／５サイクルを超えている候補位置を捨てる。すなわ
ち、その候補位置については以降の残差の変化率の算出
および残差チェックは行わないように設定する。また、
第２の実施形態の場合と同様に、前回に求めた、または
前回までに求めた各候補位置の残差と今回に求めた残差
とから、一定時間当たりにどれだけ残差が変化したかを
示す残差の変化率を求める。以上の処理を候補位置が１
点になるか、１０分が経過するまで繰り返し行う。１０
分が経過すれば、そのときに残っている各候補位置につ
いて、残差の変化率が最も小さい候補位置に相当する整
数バイアスを正解とする。また、１０分が経過するまで
に候補位置が１点になれば、その候補位置に相当する整
数バイアスを正解とする。そして、測定による小数部と
合わせて受信点の測位値を求め、これを出力する。

【００３６】以上に示した各実施形態はそれぞれ単独で
実施可能であるが、これらを共に実施することも可能で
ある。たとえば、候補位置の数が１３３１点から１０点
にまで振るい落とした時点で第１・第２の実施形態を適
用して候補位置の平均位置を測位値として出力し、その
後、３〜４点にまで候補位置をしぼった時点で第３の実
施形態を適用してパターンマッチングを行い、確度の高
い整数バイアスを求めるようにしてもよい。また、さら
に、残差の変化率が最も小さい候補位置を抽出する、と
いう第４の実施形態を、候補位置の振るい落とし処理の
全般の過程で適用してもよい。この場合、候補位置が３
〜４点または１０点にしぼられる前に、残差の変化率が
最も小さい候補位置が抽出できれば、その時点で測位値
を出力すればよい。

【００３７】

【発明の効果】請求項１および４に記載の発明によれ
ば、残差が所定サイクルを超える候補位置または、残差
の変化率が所定値を超える候補位置を捨てる処理を一定
時間行った時点で、すなわち１つの正解の候補位置を決
定する前の早い時点で真の位置に近い高精度な測位結果
が得られることになる。

【００３８】請求項２および５に記載の発明によれば、
残差が所定サイクルを超える候補位置を捨てる処理を継
続して、所定数にまで減少した時点で、すなわち残差の
最も小さい候補位置を見つけ出す前に、正解の整数バイ
アスが求められるため、早期に高精度な測位結果が得ら
れることになる。

【００３９】請求項３および６に記載の発明によれば、
残差の変化率が最も小さい候補位置が抽出できた時点で
正解の整数バイアスが求められるため、早期に高精度な
測位結果が得られることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態に係るキャリア位相相対測
位装置の構成を示すブロック図である。

【図２】複数の候補位置と残差の例を示す図である。

【図３】複数の候補位置と残差の例を示す図である。

【図４】複数の候補位置と残差の例を示す図である。

【図５】観測による残差の時間変化の例を示す図であ
る。

【図６】シミュレーションによる残差の時間変化の例を
示す図である。

【図７】図５および図６に対応する各候補位置と残差の
例を示す図である。

【図８】観測による残った３つの候補位置の関係を示す
図である。

【図９】シミュレーションによる残った３つの候補位置
のパターンを示す図である。

【図１０】第１の実施形態に係るキャリア位相相対測位
装置におけるＣＰＵの処理手順を示すフローチャートで
ある。

【図１１】図１０に続く処理手順を示すフローチャート
である。

【図１２】第２の実施形態に係るキャリア位相相対測位
装置におけるＣＰＵの処理手順を示すフローチャートで
ある。

【図１３】第３の実施形態に係るキャリア位相相対測位
装置におけるＣＰＵの処理手順を示すフローチャートで
ある。

【図１４】図１３に続く処理手順を示すフローチャート
である。

【図１５】第４の実施形態に係るキャリア位相相対測位
装置におけるＣＰＵの処理手順を示すフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１，１１−ＧＰＳアンテナ ４−データ送信用アンテナ １８−データ受信用アンテナ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の測位用衛星からの信号を受信し、
   コード位相、キャリア位相、航法データをそれぞれ抽出
   する手段と、 基準とする衛星と複数の候補位置決定用衛星との位置関
   係により定まるキャリア位相位置線を求めるとともに、
   受信点の推定位置の近傍を通るキャリア位相位置線の整
   数バイアスを仮定し、その前後数サイクルに対応するキ
   ャリア位相位置線の交点に相当する候補位置を求め、各
   候補位置の近傍を通る他のキャリア位相位置線に対する
   各候補位置の残差を求める手段とを備えたキャリア位相
   相対測位装置において、 前記残差が所定時間に亘って所定サイクルを超えない候
   補位置または前記残差の変化率が所定値を超えない候補
   位置を抽出し、それらの候補位置の平均値を受信点の現
   在位置として求める手段を設けたことを特徴とするキャ
   リア位相相対測位装置。
2. 【請求項２】 複数の測位用衛星からの信号を受信し、
   コード位相、キャリア位相、航法データをそれぞれ抽出
   する手段と、 基準とする衛星と複数の候補位置決定用衛星との位置関
   係により定まるキャリア位相位置線を求める手段と、 コード位相を用いて求めた受信点の推定位置の近傍を通
   るキャリア位相位置線の整数バイアスを仮定し、その前
   後数サイクルに対応するキャリア位相位置線の交点に相
   当する候補位置を求め、各候補位置の近傍を通る他のキ
   ャリア位相位置線に対する各候補位置の残差を求める手
   段とを備えたキャリア位相相対測位装置において、 前記残差が所定サイクルを超えた候補位置から順次捨て
   る処理を繰り返して、残った候補位置が所定数以下にな
   ったときの候補位置の位置関係のパターンを求める手段
   と、 前記受信点の推定位置またはその近傍を正解位置と仮定
   して、その前後数サイクルに対応する候補位置を求め、
   各候補位置の残差を受信点と各測位用衛星との位置関係
   から逆算して、時間経過にともなって残差が所定サイク
   ルを超える候補位置を捨てる処理を繰り返して、残る候
   補位置が所定数以下になるときの候補位置の位置関係の
   パターンを求める手段と、前記両パターンの比較により
   前記正解位置と仮定した候補位置に対応する観測による
   候補位置を正解の整数バイアスとして求める手段を設け
   たことを特徴とするキャリア位相相対測位装置。
3. 【請求項３】 複数の測位用衛星からの信号を受信し、
   コード位相、キャリア位相、航法データをそれぞれ抽出
   する手段と、 基準とする衛星と複数の候補位置決定用衛星との位置関
   係により定まるキャリア位相位置線を求めるとともに、
   受信点の推定位置の近傍を通るキャリア位相位置線の整
   数バイアスを仮定し、その前後数サイクルに対応するキ
   ャリア位相位置線の交点に相当する候補位置を求め、各
   候補位置の近傍を通る他のキャリア位相位置線に対する
   各候補位置の残差を求める手段とを備えたキャリア位相
   相対測位装置において、 前記残差の変化率が最も小さい候補位置を正解の整数バ
   イアスとして求める手段を設けたことを特徴とするキャ
   リア位相相対測位装置。
4. 【請求項４】 複数の測位用衛星からの信号を受信し、
   コード位相、キャリア位相、航法データをそれぞれ抽出
   し、 基準とする衛星と複数の候補位置決定用衛星との位置関
   係により定まるキャリア位相位置線を求め、受信点の推
   定位置の近傍を通るキャリア位相位置線の整数バイアス
   を仮定し、その前後数サイクルに対応する候補位置を求
   め、 各候補位置の近傍を通る他のキャリア位相位置線に対す
   るキャリア位相位置線の交点に相当する各候補位置の残
   差を求めるとともに、 前記残差が所定時間に亘って所定サイクルを超えない候
   補位置または前記残差の変化率が所定値を超えない候補
   位置を抽出し、それらの候補位置の平均値を受信点の現
   在位置として求める処理プログラムを含むキャリア位相
   相対測位装置用プログラム記録媒体。
5. 【請求項５】 複数の測位用衛星からの信号を受信し、
   コード位相、キャリア位相、航法データをそれぞれ抽出
   し、 基準とする衛星と複数の候補位置決定用衛星との位置関
   係により定まるキャリア位相位置線を求め、 コード位相を用いて求めた受信点の推定位置の近傍を通
   るキャリア位相位置線の整数バイアスを仮定し、その前
   後数サイクルに対応するキャリア位相位置線の交点に相
   当する候補位置を求め、 各候補位置の近傍を通る他のキャリア位相位置線に対す
   る各候補位置の残差を求め、 前記残差が所定サイクルを超えた候補位置から順次捨て
   る処理を繰り返して、残った候補位置が所定数以下にな
   ったときの観測による候補位置の位置関係のパターンを
   求め、 前記残差が所定サイクルを超えた候補位置から順次捨て
   る処理を繰り返して、残った候補位置が所定数以下にな
   ったときの候補位置の位置関係のパターンを求め、 前記受信点の推定位置またはその近傍を正解位置と仮定
   して、その前後数サイクルに対応する候補位置を求め、
   各候補位置の残差を受信点と各測位用衛星との位置関係
   から逆算して、時間経過にともなって残差が所定サイク
   ルを超える候補位置を捨てる処理を繰り返して、残る候
   補位置が所定数以下になるときの候補位置の位置関係の
   パターンを求め、前記両パターンの比較により前記正解
   位置と仮定した候補位置に対応する観測による候補位置
   を正解の整数バイアスとして求める処理プログラムを含
   むキャリア位相相対測位装置用プログラム記録媒体。
6. 【請求項６】 複数の測位用衛星からの信号を受信し、
   コード位相、キャリア位相、航法データをそれぞれ抽出
   し、 基準とする衛星と複数の候補位置決定用衛星との位置関
   係により定まるキャリア位相位置線を求め、受信点の推
   定位置の近傍を通るキャリア位相位置線の整数バイアス
   を仮定し、その前後数サイクルに対応する候補位置を求
   め、 各候補位置の近傍を通る他のキャリア位相位置線に対す
   るキャリア位相位置線の交点に相当する各候補位置の残
   差を求めるとともに、 前記残差の変化率が最も小さい候補位置を正解の整数バ
   イアスとして求める処理プログラムを含むキャリア位相
   相対測位装置用プログラム記録媒体。