JP2001272452A - 衛星電波失探時の位置測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 衛星電波失探時（補足衛星が３個以下）にお
ける移動局の位置測定方法である。 【解決手段】 位置測定方法は、４個の衛星からの搬送
波を受信可能なときに用いる正規解析式に於て、移動局
の楕円体高を一定として、移動局の位置（ＸB、ＹB）の
位置を求める。基地局は、地球座標系における位置（Ｘ
Ａ，ＹＡ，ＺＡ）は既知であり、人工衛星からのＬ１帯
（１５７５．４２［ＭＨｚ］）或いはＬ２帯（１２２
７．６［ＭＨｚ］）の疑似雑音コード信号をＧＰＳ受信
アンテナで受信し、ＧＰＳ受信機で解読し、その補正デ
ータを補正データ送信機、送信アンテナを介して移動局
に送る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動局の位置測定
方法に関し、特に、衛星電波失探時の位置測定方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、移動局の位置測定方法として人工
衛星を使用するＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎ
ｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）が知られている。このＧＰＳ
は、複数の衛星からそれぞれ疑似雑音コード信号を用い
てスペクトラム拡散処理された中心周波数が、Ｌ１帯
（１５７５．４２[ＭＨz]）及びＬ２帯（１２２７．６
[ＭＨz]）の２つの測距信号を送信すると共に、移動局
側と基地局の双方で同時に、前記４つの衛星の測距信号
（軌道情報及び時計情報等）を受信し、その搬送波の位
相データを比較測定して、移動局の位置を精度よく（数
１０ｃｍ以下）測定する方法がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記のように、移動局
の位置を精度よく測定するためには、よく知られている
ように、移動局の位置座標（ＸB、ＸB、ＺB）と時間ｔ
の４個が未知数である。そのため、それらを解くために
は、少なくとも４つの衛星の測距信号を受信する必要で
あるが、移動局において、上空の遮蔽物によって必ずし
も４つの衛星からの測距信号を受信できず、一瞬でも３
個以下になった場合には、前記従来の移動局の測定方法
では対処できない課題が生ずる。そこで、本発明は、か
かる場合であっても、正確な位置測定を可能にする計算
方法を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の位置測定方法
は、４個の衛星からの搬送波を受信可能なときに用いる
正規解析式に於て、移動局の楕円体高（ｈ）を一定とし
て求めるものである。具体的には、先ず、（式１）に於
て、移動局の位置（ＸB、ＹB）からＺBを求め、（式
２）に於て、補正量ΔX、ΔYが「０」に近い（許容誤差
内）ときのＸB、ＹBが求める移動局の位置である。又、
請求項２の位置測定方法は、２個の衛星に対する仰角
（θ１、θ２）が等しいとする（式５）と、移動局に備
えた方位角を測定する方位測定器による進行方向の直線
式（式６）とを解くことによって、移動局の位置（Ｘ
B、ＹB）を求める。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の概念図であり、
４個の人工衛星、基地局及び移動局の関係を示し、複数
の衛星から、基地局と移動局は同時に受信し、その搬送
波の位相データを補正情報と位相情報として、移動局に
送信して、移動局でそれらのデータに基づいて位置を精
度よく測定する。即ち、基地局は、地球座標系における
位置（ＸA、ＹA、ＺA）は既知であり、人工衛星からの
Ｌ１帯（１５７５．４２[ＭＨz]）或いはＬ２帯（１２
２７．６[ＭＨz]）の疑似雑音コード信号をＧＰＳ受信
アンテナで受信し、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔ
ｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信機で解読し、その補
正データを補正データ送信機、送信アンテナを介して移
動局に送る。又、移動局の位置は、基地局とでＤＧＰＳ
（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉ
ｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）によって測定するた
め、移動局にもＧＰＳ受信機を備えると共に、前記基地
局からの補正データを受信する補正データ受信アンテナ
と補正データ受信機を備えている。

【０００６】尚、移動局の位置座標は（ＸB、ＹB、Ｚ
B）であり、補足可能な第１の衛星の座標（Ｘ1、Ｙ1、
Ｚ1）、第２の衛星の座標（Ｘ2、Ｙ2、Ｚ2）、第３の衛
星の座標（Ｘ3、Ｙ3、Ｚ3）、第４の衛星の座標（Ｘ4、
Ｙ4、Ｚ4）とする。又、よく知られているように、疑似
雑音コード信号（Ｃ／Ａ、Ｐコード等）と搬送波の位相
データによって、移動局の位置座標（ＸB、ＹB、ＺB）
と時計の誤差Δｔの４個の未知数を得るためには、第１
〜４の衛星の位置座標に基づく正規解析式を解く必要が
あり、この正規解析式はよく知られているので省略す
る。

【０００７】次に、前記４個の衛星のうち、１個の衛星
（第４の衛星）の搬送波を受信できない失探時におけ
る、測定方法について説明する。この場合には、前記正
規解析式（図示略）における未知数は、４個（ＸB、Ｙ
B、ＺB、時間ｔ）であるにも拘らず、３個の衛星からの
搬送波しか受信できないので、正規解析式を解くことが
できない。そこで、移動局において、最も、変化が少な
いと推定される移動局の楕円体高（ｈ）を一定とする
と、ＷＧＳ８４直交座標系は（式１）で表わされる。

【０００８】

【式１】 ここで、ｍ：卯酉線曲率半径、ａ：赤道半径、ｅ：離心
率、φ：緯度 ｆ：扁平率 、ｂ：極半径、ｈ：楕円体高 ＸB：移動局の座標、ＹB：移動局の座標、ＺB：移動局
の座標である。

【０００９】次に、３個の衛星と基地局及び移動局の距
離と座標及び位相の関係は、（式２）によって与えられ
る。

【式２】

【００１０】ここで、ｆ：人工衛星からのＬ１帯の周波
数（１５７５．４２[ＭＨz]） ｃ：光速度（２９９７９２４５８ｍ／ｓ） （Ｘ1、Ｙ1、Ｚ1）：第１の衛星の座標 （Ｘ2、Ｙ2、Ｚ2）：第２の衛星の座標 （Ｘ3、Ｙ3、Ｚ3）：第３の衛星の座標 （ＸB、ＹB、ＺB）：移動局の位置座標 （ＸA、ＹA、ＺA）：基地局の位置座標 ΔX、ΔYは補正量である。

【００１１】φ12AB、φ13ABは、基地局、移動局で測定
した第１〜２衛星の位相データから求める２重位相差で
あり、（式３）から求める。

【式３】 ここで、φ1A：基地局で受信した第１衛星の位相データ φ2A：基地局で受信した第２衛星の位相データ φ3A：基地局で受信した第３衛星の位相データ φ1B：移動局で受信した第１衛星の位相データ φ2B：移動局で受信した第２衛星の位相データ φ3B：移動局で受信した第３衛星の位相データ

【００１２】又、前記Ｎ12、Ｎ13は位相アンギュビュィ
ティ（整数値バイアス）であり、予め移動局の位置（Ｘ
B、ＹB、ＺB）が既知である時点に於ける（式４）で求
める。

【式４】

【００１３】以上の（式１）〜（式４）において、予め
既知の時点の移動局の位置（ＸB、ＹB、ＺB）を初期値
とし、補正量ΔX、ΔYが「０」になる移動局の位置（Ｘ
B、ＹB、ＺB）を求める。尚、移動局の位置（ＺB）は
（式１）により求める。又、前記補正量ΔX、ΔYが
「０」になる方程式を求める方法は、多く知られている
が、本例では逐次代入法を採用して、発散することな
く、数回の繰返し計算で簡便に求めることができた。即
ち、式１から求めるＸBi、ＹBi、ＺBiを初期値とし、前
記（式１）〜（式４）から補正量ΔXi、ΔYiを求め、こ
の補正量ΔXi、ΔYiが「０」に近い許容値以下になるま
で、順次、位置（ＸB、ＹB、ＺB）を（ＸBi＋ΔXi、ＹB
i＋ΔYi)に修正し、前記（式２）〜（式４）を繰りかえ
し計算を行う。

【００１４】そして、補正量ΔXi、ΔYiが「０」に近い
許容値以下になったときの、値（ＸBi、ＹBi、ＺBi）が
移動局の位置である。この様に、３個の衛星だけが受信
可能な状態に於いて、移動局の位置が最も変化が少ない
楕円体高（ｈ）を一定と仮定したものであるが、その計
算方法は簡便で短時間に演算でき、その測定精度は、数
１０ｃｍ以下であり、十分、実用に耐え得る。

【００１５】次に、２個の衛星からの搬送波しか受信で
きない失探時における、測定方法について説明する。こ
の場合には、図２に示すように、基地局と移動局から、
衛星は遥か遠方に位置するため、基地局と移動局におけ
る第１衛星に対する仰角（θ1）、第２衛星に対する仰
角（θ２）が等しいと仮定すると、基地局と移動局で受
信する位相データの差は行路差となる。そして、この行
路差を受信可能な２つの衛星について考慮すると、移動
局が存在する直線式は、（式５）にて表すことができ
る。尚、この（式５）は基地局と移動局の高度差を補正
した式である。

【００１６】

【式５】

【００１７】(Ｘ1、Ｙ1）：第１衛星の座標、 (Ｘ2、
Ｙ2）：第２衛星の座標 φ1AB：第１衛星、基地局と第１衛星、移動局の１重位
相差 φ2AB：第２衛星、基地局と第２衛星、移動局の１重位
相差 λ ：波長 φ12AB：第１、２衛星、基地局、移動局の２重位相差 θ1：基地局から第１衛星の仰角 θ2：基地局から第２衛星の仰角 Δｈ：基地局と移動局の高度差

【００１８】前記（式５）における概念を図３に示す
と、第１衛星に対し、基地局はＫ１面（第１衛星に対す
る垂直線）と接平面Ｅ（水平面）との交点（直線Ｕ
１）、移動局は接平面Ｅ（水平面）に対してする行路差
を考慮するＫ１面と接平面Ｅ（水平面）との交点（直線
Ｄ１）に存在する。又、第２衛星に対し、基地局はＫ２
面（第２衛星に対する垂直線）と接平面Ｅ（水平面）と
の交点（直線Ｕ２）、移動局は接平面Ｅ（水平面）に対
してする行路差を考慮するＫ２面と接平面Ｅ（水平面）
との交点（直線Ｄ２）に存在する。従って、（式５）
は、前記直線Ｕ１と直線Ｄ２の交点（Ｐ）と前記直線Ｕ
２と直線Ｄ１の交点（Ｑ）を結ぶ直線を意味する。

【００１９】又、この移動局には、Ｘ、Ｙの進行方向を
測定する方位測定器が備えてあり、この方位角（α）
（ｍ=tan（α））に基づく直線式は、Ｙ−ＹB＝ｍ（Ｘ
−ＸB）（式６）で表される。そして、前記（式５）と
（式６）とを解くことによって、移動局の位置（ＸB、
ＹB）を求めることができる。この様に、２個の衛星だ
けが受信可能な状態に於いて、各衛星に対する仰角が等
しいと仮定することによって、簡便に、移動局の位置を
求めることができ、その測定精度は、数１０ｃｍ以下で
あり、十分、実用に耐え得る。

【００２０】

【発明の効果】請求項１の位置測定方法は、３個の衛星
からの搬送波を受信可能なときであっても、移動局の楕
円体高（ｈ）を一定として求めることによって、簡便
に、数１０ｃｍ以下の精度で移動局の位置を測定でき
る。又、請求項２の位置測定方法は、２個の衛星に対す
る仰角が等しいと仮定することによって、２個の衛星し
か受信できない状態のときであっても、簡便に、数１０
ｃｍ以下の精度で移動局の位置を測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】衛星、基地局、移動局の概念図である。

【図２】２個の衛星に対する基地局と移動局における仰
角を示す図である。

【図３】２個の衛星に対する基地局と移動局が存在する
位置を示す図である。

【符号の説明】

（ＸB、ＹB、ＺB） 移動局の位置座標 （ＸA、ＹA、ＺA） 基地局の位置座標 （Ｘ1、Ｙ1、Ｚ1） 第１の衛星の座標 （Ｘ2、Ｙ2、Ｚ2） 第２の衛星の座標 （Ｘ3、Ｙ3、Ｚ3） 第３の衛星の座標 （Ｘ4、Ｙ4、Ｚ4） 第４の衛星の座標

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 裕美 名古屋市中村区岩塚町字九反所60番地の１ 中菱エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 橋本 正 三重県鈴鹿市稲生町7992 株式会社鈴鹿サ ーキットランド内 (72)発明者 打田 佳夫 三重県鈴鹿市稲生町7992 株式会社鈴鹿サ ーキットランド内 Ｆターム(参考） 2F029 AB07 AC03 AD01 5J062 AA01 AA13 CC07 DD03 DD04 DD05 DD23 DD25 EE04 9A001 BB04 GG03 JJ78 KK56

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基地局と移動局との間でＤＧＰＳを用い
   て位置補正により特定時間間隔で基準位置を算出し、４
   個の衛星からの搬送波を受信可能なときに用いる正規解
   析式に於て、 ３個の衛星からの搬送波を受信可能なときには、前記正
   規解析式において、移動局の楕円体高（ｈ）を一定とし
   て、位置（ＸB、ＹB）を求めることを特徴とする位置測
   定方法。
2. 【請求項２】 基地局と移動局との間でＤＧＰＳを用い
   て位置補正により特定時間間隔で基準位置を算出し、４
   個の衛星からの搬送波を受信可能なときに用いる正規解
   析式に於て、 ２個の衛星からの搬送波を受信可能なときには、前記正
   規解析式において、各衛星に対する仰角が等しいと仮定
   した式と、移動局に備えた方位角を測定する方位測定器
   による進行方向の直線式とによって、移動局の位置（Ｘ
   B、ＹB）を求めることを特徴とする位置測定方法。